Молочний Шлях має довгу та захопливу історію, яка сягає раннього Всесвіту — приблизно 13,61 мільярдів років тому. За цей час він значно еволюціонував та злився з іншими галактиками, щоб стати галактикою, яку ми бачимо нині. В нещодавньому дослідженні група канадських астрономів створила найдетальнішу реконструкцію того, як Молочний Шлях еволюціонував від своїх найдавніших фаз до сучасної. Використавши дані, отримані за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST), науковці дослідили 877 галактик. Маси та властивості цих галактик (їх називають «близнюки Молочного Шляху») точно відповідають тому, який вигляд, згідно з передбаченнями астрономів, мала Галактика з часом.

Галактики з цього огляду охоплюють величезний діапазон космічного часу. Це відтинок, коли вік Всесвіту становив 1,5 — 10 мільярдів років (від 12,3 до 3,5 мільярда років тому). Зі спостережень віддаленіших галактик, які існували, коли Всесвіт був молодшим, наукова група створила візуальну часову шкалу еволюції Молочного Шляху. На подив дослідників, вони виявили, що наша галактика мала надзвичайно бурхливу молодість, перш ніж перетворилася на стабільну та структуровану «дорослу» спіраль, з якою ми знайомі нині.

Дослідження очолювала Вівіан Тан (Vivian Tan), яка нещодавно захистила ступінь доктора філософії в Єркському університеті під керівництвом професора Адама Маззіна (Adam Muzzin). Разом з ними працювали дослідники з Інституту астрономії та астрофізики Данлепа, Інституту обчислювальної астрофізики SMU, Астрономічного інституту Каптейна, Колумбійської астрофізичної лабораторії, Наукового інституту космічного телескопа, Дослідницького центру астрономії та астрофізики Герцберґа та кількох університетів. Стаття, де описано результати дослідження, опублікована в The Astrophysical Journal.

Зображення NGC 5426-27 (Arp 271), отримане за допомогою багатооб'єктного спектрографа «Джеміні» (Gemini Multi-Object Spectrograph), встановленого на телескопі «Близнюк-Південь» (Gemini South). Авторські права на зображення: International Gemini Observatory /NOIRLab/NSF/AURA. Фото з сайту www.universetoday.com.

Згідно з класифікацією галактик Габбла, астрономи поділяють галактики на три групи за їхньою формою: еліптичні, спіральні та спіральні з перемичкою. Еліптичні галактики представляють ранню фазу еволюції та мають мало структури або міжзоряного пилу та газу. Лінзоподібні, котрі є проміжною фазою в галактичній еволюції, складаються з яскравої центральної опуклості, оточеної протяжним диском. Спіральні галактики, яких вирізняє форма вертушки, складаються з центральної опуклості та сплющеного диска із зорями, що утворюють спіральну структуру. Ті, що не відповідають цим трьом групам, відомі як «неправильні галактики».

Науковці взяли до розгляду ті галактики із вибірки, котрі еволюціонували до вирішальної епохи — перейшли від менших еліптичних до стабільних спіральних галактик, які є поширеними нині. Дослідники поєднали зображення високої роздільної здатності, отримані за допомогою JWST та Космічного телескопа імені Габбла, щоб створити вибірку із 877 ранніх галактик. Спостереження JWST були виконані в рамках канадського неупередженого огляду кластерів NIRISS (Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey, CANUCS). У цій канадській програмі спостережень астрономи отримують дані від приймача зображень в ближньому інфрачервоному діапазоні та безщілинного спектрографа (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph, NIRISS) на JWST.

Цей інструмент був створений Канадським космічним агентством (Canadian Space Agency, CSA) у партнерстві з Монреальським університетом, Центром астрономії та астрофізики Герцберґа Національної дослідницької ради та фірмою Honeywell Robotics. В огляді CANUCS науковці використовують дані від інструменту NIRISS для спостережень п’яти скупчень галактик, які є природними гравітаційними лінзами. Вони дають змогу астрономам спостерігати слабші та віддаленіші галактики.

Поєднавши інфрачервоні дані з даними спостережень у видимому світлі, виконані за допомогою Космічного телескопа імені Габбла, наукова група створила чіткі мапи розподілу зоряної маси й темпу зореутворення (star-formation-rate, SFR) для кожної спостережуваної галактики. Ці мапи показували, де розташовані наявні зорі та де формуються нові на різних фазах еволюції галактик. Результати вказали на чітку закономірність для всієї вибірки: галактики-близнюки Молочного Шляху росли зсередини назовні між 3 і 4 мільярдами років після Великого Вибуху. Вони починаються з щільних центральних ділянок і накопичують масу в зовнішніх частинах через злиття та нового зореутворення, поступово формуючи протяжні спіральні структури.

Потім Тан та її колеги виконали комп’ютерне моделювання еволюції галактик, схожих на Молочний Шляху. Воно значною мірою підтвердило модель зростання зсередини назовні, яку спостерігали дослідники. Однак, у деяких випадках моделі не змогли відтворити центральну ділянку ранніх галактик і не показали, як швидко накопичується маса у зовнішніх частинах. Ці результати надають цінні обмеження для теоретичних моделей еволюції галактик та задіяних при цьому механізмів, зокрема зворотний зв’язок, швидкість злиття та формування дисків.

Мозаїка деяких галактик-попередників Молочного Шляху. Авторські права на зображення: Vivian Tan et al. (2025). Фото з сайту www.universetoday.com.

«Астрономи моделюють формування Молочного Шляху та інших спіральних галактик протягом десятиліть», — сказала Тан. «Дивно, що за допомогою JWST ми можемо перевірити їхні моделі та відобразити, як галактики-попередники Молочного Шляху ростуть разом із самим Всесвітом». Головним висновком цього дослідження є те, що рання історія Молочного Шляху була хаотичнішою, ніж раніше вважали астрономи. Зі спостережень видно, що галактики в цей ранній період постійно стикалися та накопичували матеріал, що спричиняло інтенсивні сплески зореутворення.

На це вказують сильно порушені форми та асиметричні особливості, які спостерігали дослідники. На противагу цьому, близнюки Молочного Шляху мають набагато стабільніший вигляд у пізніші космологічні періоди. В цей час їх характеризують більш гладкі структури та рівномірніше розподілені ділянки зореутворення. Адам Маззін, астрофізик Єркського університету та співавтор дослідження, сказав:

Це дослідження є значним кроком уперед в розумінні найдавніших стадій формування нашої галактики. Однак це ще не найглибше дослідження, яке ми виконали за допомогою телескопа. У найближчі роки, завдяки поєднанню можливостей JWST та гравітаційного лінзування, ми зможемо перейти від спостереження близнюків Молочного Шляху на 10 відсотках їхнього поточного віку до того, коли вони становитимуть лише 3 відсотки від свого поточного віку, що є справжньою ембріональною стадією їхнього формування.

Для колаборації CANUCS та інших канадських астрономів, які беруть участь у дослідженнях з використанням JWST, виконане дослідження є важливою віхою. Тим часом наукова група CANUCS працює над розширенням цього дослідження та створенням повнішої картини того, як еволюціонували галактики, схожі на Молочний Шлях. Для цього дослідники поєднають додаткові дані надзвичайно високої роздільної здатності з оновленими моделями для аналізу ще більших вибірок близнюків Молочного Шляху. Виконавши це, вони сподіваються точно визначити, коли галактики, як Молочний Шлях, стали стабільними спіралями, скільки часу тривав цей процес і які фізичні процеси зумовили перехід.

За інф. з сайту www.universetoday.com