ALMA раскрывает тайны первых галактик: как формировалась Вселенная

Астрономы превратили массив радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) в машину времени, чтобы заглянуть в эпоху, когда Вселенная была возрастом всего 1 миллиард лет после Большого взрыва. Это позволило обнаружить ранее скрытые структуры в первых галактиках, что может помочь понять, как сформировался современный космос, включая наш Млечный Путь.

Данные были собраны в рамках проекта CRISTAL ([CII] Resolved ISM in STar-forming galaxies with ALMA), который исследовал 39 типичных звездообразующих галактик эпохи юности Вселенной (возраст которой сегодня оценивается в 13,8 млрд лет). ALMA работал совместно с инфракрасными телескопами «Джеймс Уэбб» и «Хаббл», а выбранные галактики представляют основную популяцию объектов, сформировавшихся вскоре после Большого взрыва.

«Благодаря уникальной чувствительности и разрешению ALMA мы впервые смогли рассмотреть внутреннюю структуру древних галактик», — заявил руководитель проекта CRISTAL Родриго Эррера-Камус. — «Мы видим, как формировались первые галактические диски, как звезды рождались в гигантских скоплениях и как газ определял эволюцию галактик, которые мы наблюдаем сегодня».

Что открыл проект CRISTAL

Исследование стало возможным благодаря способности ALMA улавливать излучение ионизированных атомов углерода ([CII]) в холодном межзвездном газе. Это излучение служит маркером для изучения распределения газа и пыли. Ученые создали детализированные карты межзвездной среды галактик, выявив ключевые особенности:

• Гигантские «звездные колыбели»: области звездообразования протяженностью в тысячи световых лет.
• Расширенные газовые оболочки: во многих галактиках [CII]-излучение выходит далеко за пределы звездных скоплений. Это указывает на присутствие холодного газа, способного порождать новые звезды или выбрасываться мощными звездными ветрами.

Кроме того, несколько галактик демонстрируют признаки вращения, что может говорить о формировании дисков — предшественников современных спиральных галактик.

«CRISTAL показывает ранние галактики не как точки света, а как сложные экосистемы, — отметила участница исследования Лорето Баркос-Муньос. — ALMA позволяет изучать их внутреннюю структуру даже на огромных расстояниях, раскрывая эволюционные процессы».

Алмазы в космической короне: CRISTAL-13 и CRISTAL-10

Среди 39 объектов выделяются две галактики:

1. CRISTAL-13: скрыта гигантскими пылевыми облаками, поглощающими видимый свет новорожденных звезд. ALMA смог зафиксировать тепловое излучение пыли, недоступное оптическим и инфракрасным телескопам.
2. CRISTAL-10: обладает аномально слабым [CII]-излучением при яркости в инфракрасном диапазоне. Подобные характеристики типичны для галактик с экстремальными условиями в межзвездной среде, как, например, у близкой галактики Арп 220.

«Эти наблюдения подчеркивают, что ALMA — настоящая машина времени, — подчеркнул руководитель научных операций ALMA Серхио Мартин. — Такие проекты, как CRISTAL, демонстрируют возможность изучать эволюцию Вселенной с беспрецедентной точностью».

CRISTAL не только открыл новую страницу в изучении ранней Вселенной, но и заложил основу для будущих исследований. Они помогут понять, как хаотичные древние галактики превратились в упорядоченные структуры вроде Млечного Пути.

«Данные CRISTAL позволяют тестировать теории эволюции галактик, — заключил Эррера-Камус. — Это ключевой шаг к пониманию того, как сформировалась наша Галактика».

Исследование опубликовано 30 июня в журнале Astronomy & Astrophysics.