Ученые открыли галактику, которая сохраняла свое состояние на протяжении 7 миллиардов лет, что является крайне редким явлением в космосе. Эта находка позволяет глубже изучить ранние этапы развития Вселенной и пополняет группу загадочных объектов, известных как реликтовые или «ископаемые» галактики.
Эти необычные космические объекты представляют собой галактики, которые, завершив начальный период активного звездообразования, отклонились от типичного пути эволюции. В отличие от большинства галактик, которые растут и сливаются, реликтовые галактики остаются почти неизменными. Они служат своеобразными «капсулами времени», предоставляя астрономам возможность изучать формирование галактик в ранней Вселенной.
Недавно обнаруженная реликтовая галактика получила обозначение KiDS J0842+0059. Она расположена на расстоянии около 3 миллиардов световых лет от Земли, что делает ее самой далекой и первой подобной галактикой, найденной за пределами Местной Вселенной (области радиусом около 1 миллиарда световых лет). Открытие сделано командой астрономов под руководством Итальянского национального института астрофизики (INAF) с помощью изображений высокого разрешения, полученных на Большом бинокулярном телескопе в Аризоне.
«Реликтовые галактики – это те, которым просто повезло избежать слияний с другими галактиками и остаться практически неизменными на протяжении длительного времени», — поясняет Кресченцо Тортора, исследователь из INAF. «Эти объекты крайне редки, поскольку со временем вероятность столкновения и слияния галактик, естественно, увеличивается».
Согласно представлениям астрономов, самые массивные галактики формируются в два этапа, рассказывает соавтор исследования Кьяра Спиньелло из Оксфордского университета. «Первый этап – это интенсивный, очень быстрый и бурный процесс звездообразования. В результате образуется компактный, сравнительно небольшой объект – прародитель будущей реликтовой галактики». Второй этап, по ее словам, включает длительные взаимодействия, слияния и поглощения близлежащих галактик, что приводит к существенным изменениям их формы, размера и состава звезд. «Мы считаем реликтовой галактикой объект, который практически полностью пропустил второй этап, набрав не менее 75% своей массы уже на первой фазе», — уточняет Спиньелло.
Отличительная черта реликтовых галактик – это их возраст, компактность и высокая плотность. Они значительно превосходят по массе нашу галактику Млечный Путь. «Они содержат миллиарды звезд, сопоставимых по массе с Солнцем, и в них больше не происходит звездообразование. По сути, они бездействуют и являются «ископаемыми» свидетельствами очень ранней Вселенной, — говорит Кьяра Спиньелло. — Они сформировались, когда Вселенная была еще совсем юной. А затем, по причинам, которые нам пока не до конца понятны, они прекратили взаимодействия, не сливались с другими системами и сохраняли свое первоначальное состояние».
Реликтовые галактики играют ключевую роль, поскольку представляют собой прямое звено с массивными галактиками, существовавшими миллиарды лет назад, отмечает Мишель Каппеллари, профессор астрофизики Оксфордского университета, не участвовавший в исследовании. «Будучи своего рода „живыми ископаемыми“, они избежали бурных процессов слияния и роста, характерных для большинства других массивных галактик. Их изучение дает возможность восстановить условия в момент зарождения Вселенной и осмыслить начальные периоды интенсивного звездообразования», — пояснил он.
Главный нерешенный вопрос, по его словам, состоит в том, почему эти галактики так резко прекратили образование звезд. «Наблюдения как в ближайшей, так и в далекой Вселенной указывают, что причиной может быть обратная связь, связанная со сверхмассивными черными дырами, — говорит Каппеллари. — Эти черные дыры способны генерировать мощные потоки вещества, которые выбрасывают или нагревают газ в галактике, останавливая звездообразование. Однако это направление по-прежнему активно исследуется».
Изначально галактика KiDS J0842+0059 была замечена в 2018 году с помощью обзорного телескопа VLT (VST) в обсерватории Паранал, Чили. Первые наблюдения показали, что она состоит из очень старых звезд, но дали лишь приблизительные данные о ее массе и размере. Для окончательного подтверждения статуса реликта потребовались более детальные исследования. Большой бинокулярный телескоп, использованный для этого, обеспечивает высокую четкость изображений благодаря системе адаптивной оптики, компенсирующей искажения, вызванные атмосферой Земли.
Недавно открытая ископаемая галактика пополняет небольшой список объектов, изученных с такой высокой точностью. Самая «нетронутая» из них, NGC 1277, была подтверждена космическим телескопом «Хаббл» в 2018 году.
Галактики NGC 1277 и KiDS J0842+0059 демонстрируют большое сходство, однако KiDS J0842+0059 расположена значительно дальше. По мнению Спиньелло, она почти идеально соответствует определению ископаемой галактики. «Это, по сути, „экстремальный реликт“, — отмечает она. — Почти все ее звезды, примерно 99,5%, образовались на самых ранних этапах существования Вселенной, и с тех пор в галактике не происходило практически никаких изменений».
В реликтовой галактике также присутствуют звезды и планеты, как и в Млечном Пути, но она значительно плотнее, добавляет Спиньелло. «В сравнительно небольшом объеме там находится гораздо больше звезд, поэтому они расположены очень близко друг к другу, — поясняет она. — Найти планетные системы, похожие на нашу Солнечную систему с множеством планет, будет намного труднее из-за высокой плотности звездного окружения».
Свет от KiDS J0842+0059 шел до Земли 3 миллиарда лет, поэтому мы видим эту галактику такой, какой она была в далеком прошлом. Спиньелло считает, что, вероятно, галактика останется неизменной и в будущем, однако ученые не могут быть в этом абсолютно уверены, так как причина ее изоляции и отсутствия взаимодействий с другими галактиками до сих пор не ясна.
«Должно быть что-то, что препятствует их слиянию, но пока мы не знаем, что именно, мы не можем с уверенностью предсказать их дальнейшую судьбу», — заключает Спиньелло.
По мнению Себастьена Комерона, внегалактического астронома из Института астрофизики Канарских островов, идентификация и подтверждение реликтовых галактик – сложная задача. Это связано, в частности, с их относительной редкостью и меньшими размерами по сравнению с типичными галактиками, подобными Млечному Пути. Он подчеркивает, что успех в обнаружении такой далекой реликтовой галактики – это результат применения эффективных стратегий поиска и использования современных телескопов.
«Реликтовые галактики – это загадка, — добавляет Комерон. — Сам факт существования нескольких таких галактик, оставшихся нетронутыми со времен формирования первых крупных галактик, требует серьезного осмысления и объяснения».
Астрономы не имеют точных данных о распространенности реликтовых галактик, но по оценкам Спиньелло, они могут составлять лишь «одну на миллионы» среди всех галактик во Вселенной. В рамках проекта INSPIRE, направленного на поиск и каталогизацию ископаемых галактик (в ходе которого была обнаружена KiDS J0842+0059), уже выявлены десятки потенциальных кандидатов, ожидающих дальнейшего изучения.
Поиск таких объектов обещает стать более эффективным с появлением новых инструментов. Спиньелло и Тортора с оптимизмом смотрят на возможности телескопа Euclid, запущенного Европейским космическим агентством в 2023 году для исследования темной материи и темной энергии. Этот телескоп также будет крайне полезен для обнаружения и изучения реликтовых галактик.
