Сучасні теорії утворення галактик базуються на ієрархічному злитті менших сутностей у більші та більші структури, починаючи приблизно від розміру зоряного кульового скупчення і закінчуючи скупченнями галактик. За цим сценарієм передбачається, що в молодому Всесвіті не існувало жодних масивних галактик.
Однак зараз цей погляд, можливо, доведеться переглянути. Використовуючи багатомодовий інструмент FORS2 на дуже великому телескопі в Параналі, команда італійських астрономів визначила чотири віддалені галактики, в кілька разів більш масивні, ніж галактика Чумацький шлях, або такі ж масивні, як найважчі галактики у сучасному Всесвіті. Ці галактики, мабуть, утворилися тоді, коли Всесвіту було лише близько 2000 мільйонів років, тобто приблизно 12 000 мільйонів років тому.
Нещодавно виявлені об'єкти можуть бути членами популяції старих масивних галактик, не виявлених до цього часу.
Наявність таких систем свідчить про те, що нарощування масивних еліптичних галактик у ранньому Всесвіті було набагато швидшим, ніж очікувалося від сучасної теорії.
Ієрархічне злиття
Галактики - як острови у Всесвіті, складені зірками, а також хмарами пилу та газу. Вони бувають різних розмірів і форм. Астрономи, як правило, розрізняють спіральні галактики - як наша власна Чумацький Шлях, NGC 1232 або знаменита галактика Андромеда - і еліптичні галактики, останні здебільшого містять старі зірки і мають дуже мало пилу або газу. Деякі галактики є проміжними між спіралями та еліптичними і називаються лінзикулярними або сфероїдними галактиками.
Галактики відрізняються не лише формою, але й різняться за розміром: деякі можуть бути такими ж "світлими", як зоряні кульові скупчення в нашому Чумацькому Шляху (тобто містять приблизно еквівалент декількох мільйонів Сонечок), а інші можуть бути більш масивними, ніж мільйон мільйонів сонців. В даний час більше половини зірок у Всесвіті розташовані в масивних сфероїдних галактиках.
Одне з головних відкритих питань сучасної астрофізики та космології - це те, як і коли утворюються та розвиваються галактики, починаючи з первісного газу, який наповнював ранню Всесвіт. У найбільш популярній сучасній теорії галактики в локальному Всесвіті є результатом відносно повільного процесу, коли маленькі та менш масивні галактики зливаються для поступового нарощування більших та масивніших галактик. У цьому сценарії, який отримав назву "ієрархічне злиття", молода Всесвіт була заселена маленькими галактиками з малою масою, тоді як нинішня Всесвіт містить великі, старі та масивні галактики - самі останні, що утворюються на завершальній стадії повільного процесу збирання.
Якби цей сценарій був правдивим, тоді не можна було б знайти величезних еліптичних галактик у молодому Всесвіті. Або, інакше кажучи, через кінцеву швидкість світла не повинно бути таких масивних галактик дуже далеко від нас. І справді, до цих пір жодна стара еліптична галактика не була відома поза радіо-галактикою на червоному зміщенні 1,55, яка була виявлена майже десять років тому.
Опитування K20
Щоб краще зрозуміти процес формування галактик і перевірити, чи є ієрархічний сценарій злиття дійсним, команда італійських та астрономів ESO використовувала дуже великий телескоп ESO як "машину часу" для пошуку дуже віддалених еліптичних галактик. Однак це не банально. Далекі еліптичні галактики, що мають вміст старих і червоних зірок, повинні бути дуже слабкими об'єктами дійсно на оптичній довжині хвилі, оскільки основна частина їх світла перекидається в інфрачервону частину спектра. Таким чином, віддалені еліптичні галактики є одними з найважчих спостережних цілей навіть для найбільших телескопів; саме тому запис червоного зміщення 1,55 зберігається так довго.
Але цей виклик не зупинив дослідників. Вони отримали глибоку оптичну спектроскопію з багатомодовим інструментом FORS2 на VLT для зразка 546 слабких об'єктів, знайдених у зоні неба 52 аркмін2 (або приблизно в одній десятій площі Повного Місяця), відомому як поле K20, і яка частково перекривається з територією ТОВАРІВ-Південь. Їх наполегливість окупилася, і вони були нагороджені відкриттям чотирьох старих, масивних галактик з червоними змінами між 1,6 та 1,9. Ці галактики спостерігаються тоді, коли Всесвіт становила лише близько 25% свого теперішнього віку в 13 700 мільйонів років.
Для однієї з галактик команда K20 також отримала користь від бази даних загальнодоступних спектрів у зоні GOODS-South, взятою командою ESO / GOODS.
Нова популяція галактик
Отже, щойно відкриті галактики спостерігаються, коли Всесвіту було близько 3500 мільйонів років, тобто 10 000 мільйонів років тому. Але з узятих спектрів виходить, що ці галактики містять зірки у віці від 1000 до 2000 мільйонів років. Це означає, що галактики, мабуть, сформувалися відповідно раніше і що вони, по суті, повинні завершити свою збірку в момент, коли Всесвіту було лише від 1500 до 2500 мільйонів років.
Здається, галактики мають масу, що перевищує сто тисяч мільйонів сонячних мас, і тому вони мають розміри, подібні до наймасовіших галактик у сучасному Всесвіті. Комплементарні знімки, зроблені в рамках опитування ТОВАРІВ («Великі обсерваторії походження глибокого обстеження») космічного телескопа Хаббла, показують, що ці галактики мають структури і форми, більш-менш ідентичні таким, як у сучасних масивних еліптичних галактик.
Отже, нові спостереження виявили нову популяцію дуже старих і масивних галактик.
Існування таких масивних і старих сфероїдальних галактик у ранньому Всесвіті свідчить про те, що складання сучасних масивних еліптичних галактик розпочалося набагато раніше і було набагато швидше, ніж було передбачено теорією ієрархічного злиття. Каже Андреа Ціматті (INAF, Firenze, Італія), лідер команди: "Наше нове дослідження ставить основні питання щодо нашого розуміння та знання процесів, що регулювали генезис та еволюційну історію Всесвіту та його структур".
Оригінальне джерело: Новини ESO
