Астрономи откриха галактика, която е изграждала плътен, въртящ се диск от нови звезди в ядрото си преди повече от девет милиарда години.

Тази структура, наречена ядрен диск, тъй като се образува около галактическото ядро, е най-отдалечената, откривана някога.

Откритието измества епохата на организирано изграждане на галактики назад във време, което астрономите са смятали за твърде младо и хаотично за подобни процеси.

То показва, че галактиките са формирали своите центрове и са придобивали подредени форми много по-рано, отколкото предполага стандартната теория за космическата история.

Галактика, изпреварила времето си

Галактиката, каталогизирана като CEERS-4031, се появява на изображенията от космическия телескоп „Джеймс Уеб“ (JWST) така, както е изглеждала, когато Космосът е бил само на около 4,5 млрд. години.

Тя е голяма, съдържаща приблизително толкова звезди, колкото и Млечният път.

В центъра ѝ се намира ядрен диск с диаметър няколко хиляди светлинни години. Той се върти бързо и е осветен от млади, горещи звезди.

Зоуи Льо Конт, докторант в университета в Дърам, Великобритания, ръководи екипа, който я идентифицира.

Нейната група е проследявала как галактиките са растели по време на „Космическия обяд“. Периодът, който обхваща няколко милиарда години след Големия взрив, когато Вселената е формирала звезди с най-бързи темпове.

Структура като тази обикновено принадлежи на вече улегнала, зряла галактика.

В имейл до Earth.com Льо Конт коментира какво означава откритието за ранната еволюция на галактиките.

„Откриването на ядрен диск толкова рано променя представата ни за израстването на галактиките; тази структура показва, че галактиката е претърпяла бърза еволюция и е достигнала по-късен, по-зрял етап“, казва Льо Конт.

Вътрешността на ядрения диск

В близката Вселена подобни дискове са често срещани в центровете на големи галактики. Мястото, където се въртят като компактни, самостоятелни системи с ширина не повече от няколко хиляди светлинни години.

Дискът в CEERS-4031 е поне толкова голям, колкото много от тези локални примери, и активно произвежда звезди.

Изолирането на диска от яркото ядро на галактиката е изисквало сериозна работа.

Екипът е подобрил рязкостта на изображенията от „Джеймс Уеб“, за да премахне равномерното централно сияние. След това е моделирал останалата светлина.

Външният му ръб се е оказал син. Това е характерният цвят на новородени звезди, което съответства на вида на тези дискове в близкия Космос.

Галактиката вече е била позната на екипа на Льо Конт

Предишно проучване я е отбелязало сред далечните галактики, пресечени от звездна ивица (бар) – дълга, права линия от звезди, която привлича материал към ядрото.

Как се изграждат звездните ивици

Ивицата пресича ясно CEERS-4031, простирайки се на около 17 000 светлинни години от центъра до своя край. Докато галактиката се върти, ивицата притегля газ навътре и го натрупва в централната област.

Привлеченият навътре газ се събира в резервоар и се охлажда. Когато стане достатъчно плътен, той избухва в процеси на звездообразуване.

Събраният газ постепенно се установява във въртящ се ядрен диск, който расте навън, докато нов материал се натрупва на все по-големи разстояния от ядрото.

В близките до нас галактики това изграждане, задвижвано от ивици, се случва бавно в продължение на милиарди години. Затова астрономите отдавна го наричат „секулярна еволюция“.

Звездите и газът се пренареждат плавно, без сблъсъците и сливанията, които са доминирали в ранната Вселена.

Дискът в тази далечна галактика показва същите фини детайли, наблюдавани и при съвременните му аналози.

Вътре в него екипът открива още нещо. Втора, по-малка ивица и двойка спирални ръкави, за които се смята, че насочват газ още по-дълбоко към центъра.

Подструктурите в самия център са от най-голямо значение.

„Откриваме доказателства за ядрени спирални ръкави и потенциално ядрена ивица, които биха могли да играят роля в захранването на свръхмасивната черна дупка на галактиката и да окажат значително влияние върху еволюцията ѝ“, обяснява ученият.

„Джеймс Уеб“ открива ранни звездни ивици

„Джеймс Уеб“ вече пренаписа част от тази история. Едно проучване, използващо неговия остър инфрачервен поглед, откри ивици в галактики, когато Вселената е била само на няколко милиарда години. Т.е. много по-рано, отколкото по-старите и по-слаби телескопи са могли да потвърдят.

Откриването на тези ранни ивици е постижение. Но улавянето на една от тях в процес на изграждане на нещо ново е съвсем друго и досега никой не го беше правил.

Дискът тук е голям спрямо ивицата, която го захранва. Това е знак, че газът се е стекъл и събрал бързо, а не в продължение на бавни епохи.

Това предизвика естествено сравнение. В друга научна статия астрономи са измерили, че по-далечна галактика с ивица привлича газ навътре над десет пъти по-бързо от най-бързите локални ивици.

Екипът заключава, че CEERS-4031 не е толкова бурна. Нейното изграждане е бързо, но не и екстремно.

Това, което изненадва екипа, е темпото.

Някои процеси на изграждане, задвижвани от ивици, се случват бързо, а не през спокойните периоди, които предполага терминът „секуларна еволюция“.

Към момента, когато Вселената е била на 4,5 милиарда години, ивиците вече са преобразявали галактиките отвътре навън, изграждайки плътните, изпълнени със звезди центрове, които виждаме на небето днес.

Наблюдението превръща една научна хипотеза за ранната роля на галактическите ръкави в директно доказан факт.

Въпросният диск е сравнително голям, което е и една от причините космическият телескоп „Джеймс Уеб“ да успее да го улови.

По-малки дискове на такова разстояние все още остават извън обсега на телескопа.

Очаква се по-големите обсерватории, които се строят в момента, да достигнат и до тях, като по този начин ще се изясни колко често галактиките са следвали този път на развитие в толкова ранен етап от съществуването на Вселената.

Този диск е част от по-широките усилия за картографиране на звездните структури в далечни галактики.

Изследването е публикувано в списание „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“.

Снимка: ESO