Астрономы с помощью космического телескопа James Webb подтвердили существование массивной пылевой галактики Leviathan в ранней Вселенной. Мы видим её такой, какой она была примерно через 1,5 млрд лет после Большого взрыва, и её звёзды оказались распределены значительно шире, чем ожидалось для предшественника компактной галактики. Результаты исследования опубликованы 19 октября на сервере препринтов arXiv.
Массивная галактика ранней Вселенной
Leviathan относится к субмиллиметровым галактикам — очень ярким, но скрытым пылью системам, которые активно формируют звёзды. Пыль поглощает коротковолновое оптическое и ультрафиолетовое излучение, а затем переизлучает его в субмиллиметровом диапазоне.
Такие галактики рассматривают как возможных предшественников массивных галактик, прекративших звездообразование. Наблюдения подобных объектов помогают проверить модели формирования галактик и понять, как быстро в них возникают плотные звёздные ядра. Это особенно важно потому, что массивные «спокойные» галактики в ранней Вселенной были очень компактными: их радиусы, содержащие половину света, составляли примерно 0,2–1 килопарсек.
Команда под руководством Уильяма Бейкера из Копенгагенского университета измерила красное смещение Leviathan по линиям излучения водорода и ионизированного азота. Для всей галактики получено значение z = 4,0514. Анализ 31 диапазона излучения показал, что её звёздная масса составляет около 219 млрд масс Солнца. Это делает Leviathan одной из самых массивных галактик за пределами красного смещения 4, подтверждённых спектроскопически.
Звёзды распределены по диску
Сейчас Leviathan формирует около 410 солнечных масс звёзд в год. Однако звездообразование происходит не только в компактном центре, а распределено по диску. Радиус, содержащий половину света галактики, составляет 4,3 килопарсека, а радиус, содержащий половину её звёздной массы, — 3,1 килопарсека. Масса, таким образом, сосредоточена сильнее, чем свет.
Пылевое излучение оказалось лишь немного компактнее звёздного компонента: его радиус составляет примерно 2,2–2,5 килопарсека. Такая структура соответствует росту «изнутри наружу»: центральная область сформировалась раньше и является более старой и пыльной, тогда как внешние части моложе и ярче.
Исследователи подсчитали, что даже превращение всего газа Leviathan в звёзды уменьшило бы её размер лишь примерно до 2,8 килопарсека. Плотность центральной области также ниже, чем у компактных галактик без звездообразования. Поэтому, если звёзды продолжат формироваться в нынешнем пространственном распределении, Leviathan, вероятно, не станет их компактным предшественником.
Вместо этого галактика может со временем превратиться в протяжённую дискообразную систему без активного звездообразования. Результат указывает, что пылевые галактики ранней Вселенной могли эволюционировать по разным сценариям, а не обязательно сжиматься в компактные звёздные системы.
