Огромные галактические «семьи» скрывают тайны происхождение Вселенной — ученые стали на шаг ближе к их раскрытию

Вселенная, в которой мы живем, — это не статичная картина, а динамичная, постоянно развивающаяся система. Галактики, гигантские звездные острова, рождаются, растут, взаимодействуют и умирают на протяжении миллиардов лет. Понимание этих процессов — одна из ключевых задач современной астрофизики. Как из первичного хаоса ранней Вселенной возникли упорядоченные структуры, которые мы наблюдаем сегодня? Какую роль в этом играют таинственная темная материя и сверхмассивные черные дыры, скрывающиеся в центрах большинства галактик? Ответы на эти вопросы требуют заглянуть в далекое прошлое, используя самые мощные инструменты, доступные человечеству.

Изучение ранней Вселенной сродни путешествию на машине времени. Свет от далеких галактик идет до нас миллиарды лет, и поэтому, наблюдая их, мы видим, какими они были в своей юности. До недавнего времени наши возможности заглянуть в эту космическую «детскую» были ограниченны. Однако с запуском нового поколения космических телескопов перед астрономами открылись невиданные горизонты.

Эти обсерватории способны улавливать слабый свет от самых первых звезд и галактик, позволяя проследить их эволюцию почти с момента Большого Взрыва. Особые надежды возлагаются на инструменты, работающие в инфракрасном диапазоне, поскольку свет от очень далеких объектов из-за расширения Вселенной смещается именно в эту часть спектра (красное смещение).

Одним из таких революционных инструментов стал космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST). Его беспрецедентная чувствительность и разрешение позволяют ученым проводить настоящую «космическую перепись», каталогизируя и изучая галактики на огромных расстояниях и, следовательно, на разных этапах их эволюции. Недавно международная команда астрономов, используя данные JWST, сделала прорывное открытие, которое значительно расширяет наше понимание, как формировались и росли галактические структуры на протяжении космической истории.

Самая большая «семья»

Команда астрономов обнаружила крупнейшую на сегодняшний день выборку групп галактик, используя данные обзора COSMOS-Web, полученные с помощью телескопа «Джеймс Уэбб». Этот новый космический каталог, опубликованный 19 мая в журнале Astronomy and Astrophysics, включает почти 1,7 тыс. групп галактик и протоскоплений, наблюдаемых в период от 12 до 1 млрд лет назад. Одно из впечатляющих изображений этого исследования, демонстрирующее скопление галактик на расстоянии более 6 млрд световых лет, было недавно выбрано Европейским космическим агентством (ЕКА) изображением месяца.

Это открытие позволяет ученым проследить, как галактики эволюционировали от неправильных, активно звездообразующих структур в молодой Вселенной до величественных спиральных и эллиптических галактик, которые мы видим сегодня.

«Мы можем наблюдать одни из первых галактик, сформировавшихся во Вселенной, — говорит Гассем Гозалиасл из Университета Аалто, возглавлявший исследование по обнаружению галактических групп. — Мы обнаружили 1 678 групп галактик или протоскоплений — это самая большая и глубокая выборка групп галактик, когда-либо обнаруженная, — с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб». С этой выборкой мы можем изучать эволюцию галактик в группах за последние 12 млрд лет космического времени».

Самые большие структуры во Вселенной

Группы и скопления галактик — это богатые среды, наполненные темной материей, горячим газом и массивными центральными галактиками, которые часто содержат сверхмассивные черные дыры. «Сложные взаимодействия между этими компонентами играют решающую роль в формировании жизненных циклов галактик и управлении эволюцией самих групп и скоплений, — объясняет Гозалиасл. — Раскрывая более полную историю этих космических структур, мы можем лучше понять, как эти процессы повлияли на формирование и рост как массивных галактик, так и крупнейших структур во Вселенной».

Галактики не разбросаны равномерно по Вселенной. Они собираются в плотные области, соединенные филаментами и стенами, образуя обширную структуру, известную как космическая паутина. По-настоящему изолированные галактики редки — большинство из них находятся в группах галактик, которые обычно содержат от трех до нескольких десятков галактик, или в более крупных скоплениях галактик, которые могут включать сотни или даже тысячи галактик, связанных гравитацией. Наш Млечный Путь является частью небольшой группы галактик, известной как Местная группа, в которую входит галактика Андромеды и десятки других, меньшего размера.

«Подобно людям, галактики собираются вместе и образуют семьи, — объясняет Гозалиасл. — Группы и скопления очень важны, потому что внутри них галактики могут взаимодействовать и сливаться, что приводит к трансформации структуры и морфологии галактик. Изучение этих сред также помогает нам понять роль темной материи, обратной связи от сверхмассивных черных дыр и термической истории горячего газа, заполняющего пространство между галактиками».

Поскольку новый каталог включает наблюдения, охватывающие период от одного до двенадцати миллиардов лет, ученые могут сравнивать некоторые из самых ранних структур во Вселенной с относительно молодыми, чтобы больше узнать о группах галактик и их эволюции. Изучение истории групп галактик также может помочь астрономам понять, как формируются гигантские, самые яркие галактики групп (BGG) в их центрах посредством повторных слияний.

«Когда мы смотрим очень глубоко во Вселенную, галактики имеют более неправильные формы и активно формируют звезды. Ближе к нашему времени звездообразование, как мы это называем, «подавлено» — галактики имеют более симметричные структуры, такие как эллиптические или спиральные. Очень интересно наблюдать, как меняются формы на протяжении космического времени. Мы можем найти ответы на многие вопросы о том, что происходило во Вселенной и как эволюционировали галактики», — говорит Гозалиасл.

Эти наблюдения открывают окно в хаотическую молодость Вселенной, позволяя ученым проследить рост галактических «семей», их слияния, взаимодействия и усложнение под влиянием темной материи и колоссальных черных дыр, чтобы понять, как возникла грандиозная архитектура Вселенной. Данные космологического моделирования и численных симуляций эволюции крупномасштабной структуры Вселенной будут проверяться и уточняться благодаря этим новым данным.