Астрономи знайшли кільцеобразну галактику в ранньому Всесвіті

Астрономи виявили в каталогах спостережень велику кільцеобразну галактику з червоним зміщенням z = 2,19 (що відповідає віку Всесвіту приблизно в 3 мільярди років), причому вона значно більша за типові галактики в цій області. Відкриття дозволяє дослідити процеси галактичної еволюції і детальніше вивчити механізми освіти таких структур. Текст роботи опубліковано в журналі.

До кільцеворідних відносять галактики з яскравим кільцем з зірок на деякій відстані від їх центральної області. Формування об'єктів такого типу до кінця не вивчено - існують ряд гіпотез їх походження, багато з яких не виключають один одного. Один з найімовірніших механізмів появи зоряного кільця - це зіткнення дискової галактики з компактною супутниковою. Така подія породжує хвилю ущільнення в хмарах газу, що, в свою чергу, призводить до колапсу цих хмар і утворення поясу з молодих зірок.

У найближчій околиці Чумацького Шляху (z < 0,1) частка колізійних кільцеобразних галактик (у яких сценарій зіткнення має серйозні підтвердження) становить близько 0,01% - тобто в середньому з десяти тисяч об'єктів тільки одиниці належать цьому типу. Разом з тим спостереження таких систем дають астрофізикам можливість точніше моделювати процеси зіткнення і отримувати інформацію про внутрішній пристрій взаємодіючих галактик. У деяких дослідженнях (1, 2) на основі спостережної вибірки і теоретичних міркувань аналізується частота утворення колізійних кільцеобразних галактик залежно від космічної епохи - це важливо як для визначення найкращої області пошуку об'єктів, так і для опису процесу еволюції Всесвіту в цілому. Єдиної думки у авторів таких робіт також немає - для однозначного підтвердження результатів необхідні астрономічні спостереження.

Наукова група під керівництвом Тяньтянь Юань (Tiantian Yuan) з Технологічного університету Суінберна в Мельбурні зайнялася пошуком галактик з кільцеобразними структурами. Для цього вчені обробляли каталоги знімків Магелланова телескопа в чилійській обсерваторії Лас-Кампанас, які той зробив під час програми дослідження галактик на далеких відстанях (z > 1) від Землі. Серед чотирьох тисяч знайдених об'єктів одним з найбільш великих виявилася галактика R5519, яка разом з цим володіла вираженою кільцеобразною структурою.

Щоб уточнити положення галактики, астрономи провели вимірювання її спектру в ближньому інфрачервоному діапазоні на базі Обсерваторії Кека на Гаваях. Навколо об'єкта автори виявили невелику групу галактик - для оцінки відстані між ними вчені скористалися даними однієї з місій космічного телескопа Хаббл (Hubble Space Telescope), яка тривала протягом 18 і 19 циклів роботи апарату. Один із сусідів R5519, за оцінками дослідників, міг зіткнутися з нею кілька десятків мільйонів років тому і послужити причиною утворення кільця.

На основі спостережень і доступних каталогів астрономи змогли визначити деякі параметри R5519: розмір, масу, спектральні особливості та швидкість зіроутворення. Галактика виявилася незвично великою - її розмір перевищує типові значення в цій області на рівні 2,4º. У порівнянні з Чумацьким Шляхом RD5519 має порівнянну масу, тоді як ефективний радіус галактики приблизно в 1,5 - 2,2 рази вище. У той же час багато спостережуваних властивостей характерні для найближчих до нас колізійних кільцеобразних галактик - це також служить серйозним доводом на користь сценарію зіткнення.

Крім того, за підсумками роботи автори оцінили поширеність колізійних кільцеобразних галактик в обстеженій області Всесвіту - там вони виявилися настільки ж рідкісними, наскільки і поблизу Чумацького Шляху. Цей результат співвідноситься з комп'ютерними симуляціями, але суперечить теоретичним прогнозам на основі локальних спостережень. Останні передбачають число таких об'єктів у 140 разів більше (серед них масивних галактик - у 10 разів більше) спостережуваної кількості. Дослідники пояснюють це зниженням частки великих дискових галактик з відстанню і недоліком галактичних груп, в яких можливі зіткнення об'єктів.

Вченим також не вдалося виключити альтернативний механізм формування R5519 - мимовільне виникнення кільця. Останнє може істотно вплинути на уявлення про еволюцію галактик - ні в комп'ютерних симуляціях, ні в спостереженнях виявити спонтанну появу великих галактик зі структурою R5519 раніше не вдавалося. Вибір на користь того чи іншого механізму надалі допоможе здійснити космічний телескоп імені Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope), який дозволить отримати інфрачервоний спектр об'єкта у високій роздільній здатності. Запуск цього апарату призначено на 30 березня 2021 року.

Раніше ми писали про те, як джет активної галактики вигнув міст між скупченнями і як добровольцям запропонували взяти участь у вивченні галактичної еволюції.