Телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) продолжает открывать детали того, как выглядела ранняя Вселенная. Новое исследование, выполненное астрофизиками из Кембриджского университета, показало, что галактики, существовавшие всего через 800 млн – 1,5 млрд лет после Большого взрыва, были гораздо более хаотичными, чем ожидалось.

Учёные использовали уникальные возможности прибора NIRCam на телескопе JWST, работающего в режиме гризм-спектроскопии — он позволяет одновременно получать изображение и спектр, измеряя движение и температуру газа внутри галактик. В исследовании было проанализировано 213 галактик с красными смещениями z ≈ 3.9–6.5 — свет от них шёл к нам более 12 миллиардов лет. Массы этих систем составляли от 100 миллионов до 10 миллиардов солнечных масс, а скорость звездообразования достигала 100 солнечных масс в год — в сотни раз быстрее, чем у нынешнего Млечного пути.

Источник: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA)

Главный вывод оказался неожиданным: лишь около третьей части галактик этого раннего периода были вращающимися системами, где движение газа подчиняется общей оси. Большинство же объектов оказались турбулентными, без чётко выраженного диска. Средняя дисперсия скоростей газа составляла около 100 км/с, а отношение скорости вращения к турбулентности находилось в диапазоне от 1 до 2. Для сравнения, в современных спиральных галактиках этот показатель обычно превышает 5, что свидетельствует о доминировании упорядоченного вращения.

По словам авторов, такое поведение говорит о том, что большинство ранних галактик существовали в условиях внутреннего хаоса — газовые потоки в них двигались во все стороны, а не по плоской орбите. Многие системы находились в состоянии неустойчивого равновесия, вероятно, из-за слияний, высокого содержания газа и мощных вспышек звездообразования. Это подтверждает модели, предсказывающие, что формирование спокойных дисков занимает время и становится возможным только в условиях уменьшения турбулентности и накопления массы.

Для обработки данных учёные разработали новый комплекс моделей geko, который позволяет извлекать кинетические параметры по линии Hα и другим спектральным особенностям ионизованного газа. Этот подход дал возможность оценить распределение скоростей внутри галактик и сравнить его с наблюдениями в проекте JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) и других обзорах FRESCO и CONGRESS.

Результаты указывают на то, что формирование спокойных, тонких дисков, подобных нашему Млечному пути, началось через несколько миллиардов лет после Большого взрыва. Переход от хаотичных, газонасыщенных структур к устойчивым вращающимся галактикам был долгим и постепенным процессом. Как пишут авторы, «диски не доминируют в населении галактик на z ≈ 4–6, но становятся всё более распространёнными по мере эволюции Вселенной».

Эта работа даёт новое представление о том, как галактики приобретали свои современные формы и как из бурных скоплений газа возникли спокойные структуры, вроде Млечного пути. В дальнейших наблюдениях исследователи планируют включить данные о холодном газе и пыли, чтобы оценить, насколько согласованно развивались разные компоненты галактик и как турбулентность постепенно уступала место порядку.

Подробнее на iXBT