Гигантская галактика из юной Вселенной оказалась не такой, какой ее ожидали ученые. И дело не только в величине.
Астрономы нашли неожиданное исключение из привычного сценария эволюции галактик. Гигантская галактика по имени Левиафан, существовавшая, когда Вселенной было около 1,5 миллиарда лет, может так и не стать компактной звездной системой. Ее звезды распределены слишком широко, чтобы соответствовать классической модели.
Результаты исследования были опубликованы на сервере препринтов arXiv. Команда, возглавляемая Уильямом Бейкером из Копенгагенского университета, исследовала объект с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) и радиотелескопического комплекса ALMA.
Левиафан — это массивная галактика с большим количеством космической пыли. Ее открыли в 2012 году. По результатам новых измерений, масса содержащихся в ней звезд составляет около 219 миллиардов солнечных масс (2,19*1011 M⊙). Это один из самых массивных объектов своего класса с подтвержденным спектроскопическим красным смещением z>4.
Ученые установили, что галактика ежегодно производит приблизительно 410 M⊙ новых звезд. Для сравнения: Млечный Путь, в котором располагается Солнечная система, формирует новые звезды значительно медленнее, не более 4 солнечных масс в год. Стоит отметить, что сегодня Млечный Путь весит 2*1012 M⊙, но у него было время накопить массу.
Звезды разбежались, а пыль осталась компактной
Главная неожиданность проявилась при исследовании размеров галактики. Ученые отдельно измерили распределение светимости звезд, их массы и космической пыли. Результаты не совпали с тем, что обычно наблюдается у подобных объектов.
Радиус, содержащий половину звездного света Левиафана, составляет 4,3 килопарсека. Для половины звездной массы этот параметр равен 3,1 килопарсека, а для пылевого излучения — всего 2,2–2,5 килопарсека. Иными словами, пыль сосредоточена ближе к центру, чем звезды, а звездная масса распределена относительно широко.
Такая картина соответствует сценарию роста галактики изнутри наружу: сначала формируется более старая и плотная центральная область, а затем звездообразование распространяется на внешние регионы. При этом новые звезды появляются не только в центре, но и по всему диску.
Почему это важно? Согласно общепринятой модели, массивные пылевые галактики раннего космоса должны со временем схлопываться, превращаясь в компактные системы, которые перестают активно формировать звезды. Такие объекты называют «массивными пассивными галактиками». Их типичный радиус в ранней Вселенной составлял всего 0,2–1 килопарсек, что делает их значительно компактнее Левиафана.
Тем не менее, расчеты показали, что даже если весь оставшийся газ галактики станет звездами, ее радиус сократится лишь до примерно 2,8 килопарсека. Плотность звезд в центральной области также недостаточна для формирования типичной компактной галактики.
Поэтому исследователи считают маловероятным, что Левиафан пройдет привычный путь эволюции. Вместо компактной системы он, скорее всего, станет крупной пассивной галактикой дисковой формы.