Наша Вселенная возникла примерно 13,8 миллиардов лет назад, но ее облик был далек от того, что мы наблюдаем сейчас. В какой-то момент в ней начали формироваться первые звезды и первые галактики. И то, как именно происходили все эти удивительные процессы, до сих пор остается для астрономов большой загадкой. А разгадать ее нам, вероятно, поможет одна-единственная и весьма необычная галактика.
Она называется DLA0817g и получила в научной среде прозвище «Диск Вольфа». Это активно вращающаяся, богатая газом дисковая галактика, масса которой примерно в 72 миллиарда раз больше, чем у нашего Солнца. А благодаря колоссальному расстоянию, которое отделяет ее от Земли — 12,5 миллиардов световых лет — мы можем изучить ее в том виде, в котором она зародилась в совсем еще молодой, недавно возникшей Вселенной, пишет Nature.
Это самая древняя из известных науке спиральных галактик, само существование которой бросает вызов многим постулатам современной астрономии.
«Большинство галактик, которые мы находим в ранней Вселенной, выглядят как результат крушения поездов, потому что они подвергались последовательному и часто «насильственному» слиянию», пояснил астроном Марсель Нилман из Института астрономии им. Макса Планка в Германии. Согласно этому сценарию, галактикам требуется много времени для охлаждения и сглаживания в более упорядоченно вращающиеся дисковые галактики, такие как Млечный Путь.
Это «горячий» режим формирования галактики. Но астрономы также предсказали и смоделировали другой путь — «холодный» режим.
Начнем с первичного супа, ионизированной кварк-глюонной плазмы, которая заполняла Вселенную до образования материи. Чтобы перейти от этой однородной плазмы к Вселенной, наполненной объектами, астрофизики провели симуляции, которые предполагают, что за переход ответственна темная материя.
На самом деле мы не знаем, что такое темная материя. Мы не можем обнаружить ее напрямую, но знаем, что она гравитационно взаимодействует с обычной материей. Судя по всему, именно она помогает удерживать галактики вместе, и ученые считают, что темная материя может иметь решающее значение для образования галактик, скопления которых объединяют газ и звезды в систему.
Моделирование на суперкомпьютере показало, что глобальная сеть темной материи в ранней Вселенной могла бы способствовать образованию холодных галактик. Если бы газ был холодным с самого начала, его можно было бы распространять вдоль нитей сети в скопления темной материи, наращивая тем самым крупные, охлажденные, упорядоченные дисковые галактики.
Но единственный способ подтвердить эту модель — это данные наблюдений, поэтому исследователям пришлось «подсветить» себе путь с помощью света еще более далеких галактик, называемых квазарами. Отдаленные галактики очень трудно увидеть с Земли, но квазары являются одними из самых ярких объектов во Вселенной. Это галактики, освещенные активной сверхмассивной черной дырой, пространство вокруг которой испускает сильное излучение. Команда направила аппаратура ALMA в глубины космоса, в поисках сигнатур, свидетельствующих о том, что по пути свет прошел через заполненную газом галактику.
Астрономам улыбнулась удача. Свет от одного из квазаров прошел через область, богатую водородом — через тот самый «Диска Вульфа». Оказалось, что свет на одной стороне диска был синего цвета. Такая картина в космосе возникает тогда, когда объект движется к нам. С другой же стороны свет был смещен в красный спектр, удаляясь от нас. А значит загадочный объект вращался. Эти так называемые доплеровские сдвиги позволили исследователям рассчитать скорость вращения галактики: около 272 километров в секунду.
Кстати, команда считает, что «Диск Вульфа» не единственный в своем роде. «Тот факт, что мы нашли эту область с использованием определенной методики, говорит нам о том, что она принадлежит к нормальной популяции галактик, существовавших в глубокой древности», пишут авторы статьи.