Направи дарение на училище!

Спираловидна галактика NGC 4414. Много звездообразуващи галактики съдържат дискове от прах и газ – тук прахът се вижда като тъмни петна и ивици на фона на звездната светлина. Neeleman et al.1 съобщават за наблюдението на друг галактически диск, съществувал само 1,5 милиарда години след Големия взрив, значително по-рано от предишните наблюдавани такива. Снимка: STScI / AURA / NASA

Галактиките са огромни, гравитационно свързани системи, съставени от звезди, прах, газ и невидима „тъмна материя“. Проучването на това как галактиките са се образували и как са се разраствали с течение на времето може да изясни как протича процеса, при който материята се събира в големи структури – ключово парче от пъзела в нашите усилия да разберем Вселената. Решаваща стъпка към тази цел е да се получи ясна картина кога дисковите структури са се появили за първи път в галактики. Пишейки в Nature, Neeleman et al.1 представят наблюдения, които разкриват масивен въртящ се диск от студен газ в галактика, образуваща звезди, само 1,5 милиарда години след Големия взрив. Това се е случило значително по-рано в космическата история, отколкото останалите, открити до момента газови дискове.

Според нашето сегашно разбиране за космологията, най-ранните мащабни структури във Вселената са били сферични „ореоли“ от тъмна материя, които са колабирали под силата на собствената си гравитация. Околният газ попада в тези ореоли, впоследствие образувайки звезди и в крайна сметка галактики. Смята се, че ореолите и галактиките продължават да нарастват заедно чрез йерархично събиране (сливане) и чрез по-нататъшното натрупване на газ и превръщането му в звезди. Йерархичното сливане е сравнително просто и се счита, че е добре разбрано от учените. Въпреки това, все още има много дебати около точните начини, по които става натрупването на газ и неговото спояване в звезди и как е свързано това с образуването на физически и динамични структури в галактиките с времето.

Ключов компонент на тази мистерия е защо някои галактики, като нашата собствена (Млечен път) имат физически структури, доминирани от дискове от звезди и газ, докато други, по-стари и по-спокойни галактики нямат. Отговорът вероятно е тясно свързан с историята на сливането на всяка галактика – по-специално с относителното значение на йерархичното сливане (което може да насърчи или да разруши растежа на диска в зависимост от обстоятелствата) и растежа чрез натрупване на газ (сред другите процеси).

Смята се, че натрупването на газ се извършва чрез горещ или студен режим. Както подсказват имената, основната разлика в тези режими е дали газът е горещ или студен, докато сляга към центъра на ореола на тъмната материя в дадена галактика. Горещият начин на натрупване води до забавяне на галактическите дискове, тъй като е необходимо значително време, за да може газът да се охлади и евентуално да се утаи в диск. В студения режим на натрупване газът остава хладен, тъй като попада в центъра на ореола, като по този начин позволява по-бързо образуване на диска.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Определянето кога и колко често дисковете са се появявали за първи път в галактиките би трябвало да даде важна информация за това как се е състояло ранното сглобяване на галактиките. За целта трябва да се открият дискове в по-отдалечени галактики, така че астрономите да могат да изследват все по-назад във времето към Големия взрив. Причината за това е, че светлината от по-далечни галактики отнема повече време, за да пристигне към нашите земни телескопи и детектори, отколкото светлината от по-близки галактики и следователно предоставя информация за Вселената от по-далечно време. Това изисква изключително чувствителни уреди, които произвеждат данни за разделителна способност. Съвременният напредък в технологиите на детектори и телескопи и в дизайна на инструментите позволи да се открият газови дискове в масивни галактики, съществували около 3 милиарда години след Големия взрив.

За да разширят наблюденията си върху газа в галактиките до още по-ранни периоди от космическата история, Neeleman et al. използва мащабния субмилиметров Atacama (ALMA), един от най-мощните радиотелескопи в света, разположен в пустинята Атакама в северната част на Чили. 

Учените засякоха светлина, излъчвана от студен газ в галактика от преди около 12,5 милиарда години. Анализирайки светлината до мащаб от 1,3 килопарсека (около една шеста от разстоянието от нашето Слънце до центъра на Млечния път), те успяха да изследват структурата и кинематиката на излъчващия я газ във впечатляващи детайли. След което използваха прости, но сигурни аналитични модели, за да покажат, че техните наблюдения са в съответствие с наличието на бързо въртящ се газов диск, пространствено съвпадащ със звездите и праха на галактиката.

Получените резултати са едни от първите наблюдателни доказателства за съществуването на студени газови дискове в масивни галактики, образувани много скоро след Големия взрив, пряко установявайки, че масивните газови дискове могат да се образуват 1,5 милиарда години по-рано от предишните направени наблюдения. Работата на авторите значително измества границата на наблюдението за детайлното проучване на пространствено разрешените газови свойства в галактиките към времето, когато Вселената е била едва на около една десета от сегашната си възраст.

Откритието им е интригуващо, когато се гледа в комплект с резултатите от някои числени симулации на формиране на галактики, които предполагат, че дисковете не са започнали да доминират в галактики с подобна маса, докато Вселената е била на около 5 милиарда години. 

Въпреки всичко, това е в съответствие с теоретичното очакване, че увеличаването на студения режим трябва да е било доминиращо в началото на историята на Вселената. Това също така съвпада и с последните симулации с по-висока разделителна способност, при които се наблюдава появата на дискове в по-ранните космически епохи.

Едно ограничение на работата, когато става дума за ограничаване на нашето теоретично разбиране за формирането на галактики или тестване на различните прогнози на цифрови симулации е, че авторите разглеждат само една конкретна галактика. Необходими са такива наблюдения на много повече галактики от една и съща епоха, преди да можем да определим дали изследваната галактика е представителна за останалите от това време, или е частен случай. 

Освен това, въпреки че резултатите на авторите изглежда противоречат на сценариите за нарастване в горещ режим при ранния растеж на галактиката, техните данни не изключват изрично други начини, освен нарастване в студен режим, при които хладният газ може да бъде ефективно транспортиран до центровете на ореолите – например чрез сливане на галактики и техните ореоли. За разрешаването на този проблем са необходими допълнителни данни за наблюдение. Въпреки това откритията на Нийлман и колегите му ще развълнуват астрономите и ще отворят нова епоха от историята на Вселената за изследване на ранното формиране на галактиките.

Източник: nature.com
Превод: Радослав Тодоров

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!