«Уэбб» обнаружил исключительно редкое столкновение пяти галактик в ранней Вселенной

Астрономы обнаружили невероятно редкую систему, в которой сливаются по меньшей мере пять галактик ранней Вселенной — всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва. Это замечательное открытие было сделано с помощью данных космического телескопа «Уэбб» и космического телескопа «Хаббл».

Слияния галактик играют ключевую роль в формировании галактик в ранней Вселенной. Хотя это явление нечасто встречается, слияния систем всё же происходят, и как правило, идут с участием двух галактик. Однако недавно обнаруженное слияние, получившее название «квинтет „Уэбба“», содержит по меньшей мере пять галактик и 17 галактических зародышей (скоплений пыли и газа, из которых формируются галактики).

«Нахождение такой системы с пятью физически связанными галактиками является исключительно редким явлением как в современных симуляциях, так и в наблюдениях», — сказал ведущий автор исследования Вейда Ху, постдокторский исследователь Техасского университета A&M. «Вероятность обнаружения даже одного [слияния нескольких галактик] довольно низкая, так что нам сильно повезло обнаружить эту систему в такой ранней Вселенной», — сказал Ху.

Эти галактики называются галактиками с эмиссионными линиями, поскольку в их свете есть заметные признаки образования новых звёзд, в частности, линии излучения водорода и кислорода.

Двойная сила

В исследовании, опубликованном 15 августа в журнале Nature Astronomy, были использованы данные «Уэбба» и «Хаббла».

Ближняя инфракрасная камера «Уэбба» (NIRCam) зафиксировала большое гало из газа вокруг группы галактик, что означает, что пять галактик не являются независимыми, а физически связаны и встроены в одну систему, пояснил Ху.

Хотя некоторые из этих галактик были ранее обнаружены с помощью «Хаббла», «только данные „Уэбба“ показывают, что пять галактик имеют одинаковое красное смещение и взаимодействуют друг с другом», добавил Ху. Красное смещение — это мера космического расстояния, причём более высокое красное смещение соответствует более удалённым, древним объектам. Красное смещение возникает, когда свет, излучаемый удалёнными объектами, растягивается до более длинных, красных длин волн при путешествии по расширяющейся Вселенной.

Ху предположил, что могут существовать другие слабые или скрытые галактики, связанные с «квинтетом „Уэбба“», которые ещё не были обнаружены. Но для обнаружения этих галактик могут потребоваться усовершенствованные многоволновые наблюдения.

Слияния ранней Вселенной, в которых участвуют более двух галактик, чрезвычайно редки, сказал Кристофер Конселис, профессор внегалактической астрономии Манчестерского университета, который не участвовал в исследовании.

«Если посмотреть на все галактики, то 20–30 % из них будут находиться в процессе слияния. И это будут слияния пар галактик. Доля систем с множественным слиянием будет гораздо ниже, и у нас пока нет статистики по этому поводу, но она определённо ниже 1%», — сказал Конселис.

Команда обнаружила, что две основные галактики в системе, по-видимому, разделены расстоянием в 43 300 световых лет, а самая удалённая пара среди всех галактик в системе, по-видимому, находится на расстоянии 60 700 световых лет. (Для сравнения: наша галактика Млечный Путь имеет диаметр около 100 000 световых лет.)

«Тот факт, что галактики находятся близко друг к другу в пространстве, указывает на то, что они, вероятно, сольются», — сказал Конселиче. «Есть некоторые возможности для интерпретации того, могут ли некоторые объекты быть частями одной и той же галактики», — добавил он.

Дальний родственник

Эта система похожа на её аналог в местной вселенной, Квинтет Стефана, который представляет собой слияние четырёх галактик с пятой галактикой, которая находится в той же части неба, но не сливается с другими.

«Поразительное сходство заключается в наличии моста из вещества, соединяющего две галактики в „квинтете "Уэбба"“ — особенность, которая также наблюдается в квинтете Стефана и указывает на приливные хвосты, образованные взаимодействием галактик, — сказал Ху. — Однако скорость звёздообразования в „квинтете "Уэбба"“ намного выше».

В то время как все галактики в Квинтете Стефана являются гораздо более древними системами в ближайшей вселенной и, следовательно, менее активными, галактики в «квинтете „Уэбба“» богаты газом и активно формируют новые звёзды со скоростью, превышающей ожидаемую для этого периода.

«Квинтет „Уэбба“», состоящий как минимум из пяти галактик и 17 галактических зародышей, имеет общую звёздную массу 10 миллиардов солнц. Исследование предполагает, что высокая масса и скорость звёздообразования указывают на то, что галактики в слиянии могут эволюционировать в массивную угасающую галактику, возникающую примерно через 1–1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Угасающие [quenching] галактики — это галактики, которые перестают образовывать новые звёзды. Предыдущие исследования «Уэбба» обнаружили несколько таких галактик в ранней Вселенной, что вызвало вопросы о том, как галактики могли стать «угасающими» на таком раннем этапе развития Вселенной.

Конселис сказал, что будущее сливающихся галактик находится под большим вопросом. Они могут превратиться в звездообразующие галактики, но с меньшей активностью, или со временем просто «угаснуть» или стать пассивными. Будущее системы также будет зависеть от того, есть ли в галактиках активно питающиеся чёрные дыры, которые могут подтолкнуть систему к очень быстрому прекращению звёздообразования.

Если сливающиеся галактики превращаются в мёртвую систему, «квинтет „Уэбба“» потенциально может объяснить, как массивные угасающие галактики могут быстро формироваться в результате слияния более мелких галактик со взрывной звездообразованием в ранней Вселенной.

Ху отметил, что изображения NIRCam «Уэбба» показывают чёткие детали форм и структур объектов, но не дают точной информации, такой как интенсивность спектральных линий. Без этих спектроскопических деталей трудно точно измерить такие свойства, как металличность, движение и динамика системы, или природа газа внутри этих галактик.

Если в будущих исследованиях «Уэбба» будут обнаружены другие системы, подобные «квинтету „Уэбба“», исследователи смогут изучить, как часто появляются эти сливающиеся группы галактик, их природу и условия, в которых они формируются. Это позволит исследователям проверить, принадлежат ли эти системы к редкому классу, который предсказывает текущая стандартная модель Вселенной, или же они указывают на новые механизмы, действующие в космосе.