Международная группа астрономов с изумлением обнаружила в бескрайних просторах космоса гигантскую спиральную дисковую галактику, которая по своим размерам в три раза превосходит галактики, известные в ту эпоху. Галактические диски представляют собой плоские вращающиеся структуры, заполненные звездами, газом и пылью, которые обращаются вокруг центрального ядра. Наша Солнечная система также находится внутри диска Млечного Пути.
Результаты этого открытия были опубликованы в журнале Nature Astronomy и основаны на данных, собранных с помощью нового космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и других обсерваторий.
Доктор Темия Нанаяккара, эксперт по спектральному моделированию галактик из Суинберна, входила в международную группу, которая занималась планированием наблюдений с помощью JWST и сделала это удивительное открытие.
«Формирование галактических дисков всегда было одной из самых захватывающих загадок», — говорит он. «Когда мы обнаружили огромную, хорошо организованную дисковую галактику всего лишь через 2,4 миллиарда лет после Большого взрыва, нам пришлось переосмыслить, насколько быстро и эффективно природа способна создавать космические структуры».
Эта галактика не только ставит под сомнение наши существующие модели раннего формирования, но и дает намек на то, что плотные, богатые газом среды могли стать колыбелью самых ранних гигантов Вселенной.
Наблюдения были направлены на конкретную область неба, где находится яркий квазар с красным смещением z=3,25. Это означает, что расстояние до него, с учетом расширения видимой нами части Вселенной, составляет 21,92 миллиарда световых лет. Галактика видна такой, какой она была 11,7 миллиардов лет назад, если считать от Большого взрыва.
Используя новые данные JWST, полученные с помощью двух его приборов — NIRCam и NIRSpec, доктор Нанаяккара и его команда идентифицировали галактики внутри этой сверхплотной структуры и проанализировали их красные смещения, морфологию и кинематику, что необходимо для выявления галактических дисков.
«Наши наблюдения привели к неожиданному открытию удивительно большой дисковой галактики в нашей области», — говорит доктор Нанаяккара. «Эта галактика, получившая название «Большое Колесо», имеет диаметр равный 97847 световых лет., что в три раза превышает ожидания современных космологических моделей».
Дальнейший кинематический анализ, основанный на данных NIRSpec, подтвердил, что галактика содержит диск, вращающийся со скоростью около 300 км/c, или 1 080 000 км/ч. Этот диск больше, чем любые другие подтвержденные диски, найденные в аналогичные ранние эпохи, и все же сопоставим с размером самых массивных современных дисков.
Доктор Нанаяккара, участвовавший в исследовании, отмечает, что диск у «Большого Колеса»существует в чрезвычайно плотной среде, что указывает на благоприятные физические условия для раннего формирования диска. Учитывая отсутствие сопоставимых с "Большим Колесом" галактик в современных космологических симуляциях, эти условия, вероятно, еще не полностью отражены в современных моделях формирования галактик.
Известно, что в таких средах часто происходят столкновения галактик, слияния и потоки газа. Чтобы диск сформировался рано и быстро рос, слияния галактик должны были быть неразрушающими и ориентированными в определенных направлениях. С другой стороны, притоки газа должны были нести угловой момент, который в значительной степени вращался вместе с галактическим диском.
Предыдущие исследования показали, что квазар встроен в крупномасштабную структуру, называемую скоплением протогалактик, которая имеет высокую концентрацию галактик, газа и черных дыр, что указывает на исключительно плотную среду.
По словам доктора Нанаяккары, это исследование открывает путь к изучению этой сверхплотной среды, которая остается относительно малоизученной территорией.
«С помощью более целенаправленных наблюдений мы могли бы создать статистическую выборку гигантских дисков в ранней Вселенной и открыть новое окно в изучение ранних фаз формирования галактик», — говорит он.