Современные теории формирования галактик основаны на иерархическом слиянии меньших объектов в большие и большие структуры, начиная примерно с размера звездного шарового скопления и заканчивая скоплениями галактик. Согласно этому сценарию предполагается, что в молодой вселенной не было массивных галактик.
Однако, эта точка зрения, возможно, теперь должна быть пересмотрена. Используя многомодовый инструмент FORS2 на Очень Большом Телескопе в Паранале, команда итальянских астрономов определила четыре удаленные галактики, в несколько раз более массивные, чем галактика Млечный путь, или столь же массивные, как самые тяжелые галактики в современной вселенной. Эти галактики должны были сформироваться, когда Вселенной было всего около 2000 миллионов лет, то есть около 12 000 миллионов лет назад.
Вновь обнаруженные объекты могут быть членами популяции старых массивных галактик, не обнаруженных до сих пор.
Существование таких систем показывает, что накопление массивных эллиптических галактик в ранней Вселенной было намного быстрее, чем ожидалось из современной теории.
Иерархическое слияние
Галактики похожи на острова во Вселенной, состоящие из звезд, а также облаков пыли и газа. Они бывают разных размеров и форм. Астрономы обычно различают спиральные галактики - такие как наш собственный Млечный Путь, NGC 1232 или знаменитая галактика Андромеды - и эллиптические галактики, которые в основном содержат старые звезды и имеют очень мало пыли или газа. Некоторые галактики являются промежуточными между спиралями и эллиптическими галактиками и называются линзовидными или сфероидальными галактиками.
Галактики не только различны по форме, но и различаются по размеру: некоторые могут быть такими же «легкими», как звездное шаровое скопление в нашем Млечном Пути (т.е. они содержат примерно эквивалент нескольких миллионов Солнц), в то время как другие могут быть более массивными, чем миллион миллионов Солнц. В настоящее время более половины звезд во Вселенной расположены в массивных сфероидальных галактиках.
Один из главных открытых вопросов современной астрофизики и космологии - как и когда галактики образовывались и развивались, начиная с исконного газа, который заполнил раннюю Вселенную. В наиболее популярной современной теории галактики в локальной вселенной являются результатом относительно медленного процесса, в котором маленькие и менее массивные галактики объединяются, чтобы постепенно создавать более крупные и более массивные галактики. В этом сценарии, получившем название «иерархическое слияние», молодая Вселенная была населена небольшими галактиками с небольшой массой, тогда как нынешняя Вселенная содержит большие, старые и массивные галактики - самые последние, которые должны сформироваться на заключительной стадии медленного процесса сборки.
Если бы этот сценарий был правдой, то нельзя было бы найти массивные эллиптические галактики в молодой вселенной. Или, другими словами, из-за конечной скорости света, таких массивных галактик не должно быть очень далеко от нас. И действительно, до сих пор ни одна старая эллиптическая галактика не была известна за пределами радиогалактики с красным смещением 1,55, которая была открыта почти десять лет назад.
Обзор К20
Чтобы лучше понять процесс формирования галактик и проверить, верен ли сценарий иерархического слияния, команда итальянских астрономов и астрономов ESO использовала Очень большой телескоп ESO в качестве «машины времени» для поиска очень удаленных эллиптических галактик. Однако это не тривиально. Отдаленные эллиптические галактики с их содержанием старых и красных звезд должны быть очень слабыми объектами действительно на оптических длинах волн, поскольку основная часть их света смещена в красную часть спектра. Таким образом, удаленные эллиптические галактики являются одними из самых сложных целей наблюдения даже для самых больших телескопов; это также причина того, что рекорд красного смещения 1,55 сохраняется так долго.
Но этот вызов не остановил исследователей. Они получили глубокую оптическую спектроскопию с помощью многомодового прибора FORS2 на VLT для выборки из 546 слабых объектов, найденных в области неба 52 arcmin2 (или около одной десятой части области полной луны), известной как поле K20, и который частично совпадает с областью ТОВАР-Юг. Их настойчивость окупилась, и они были вознаграждены открытием четырех старых массивных галактик с красными смещениями от 1,6 до 1,9. Эти галактики видны, когда Вселенная составляла всего около 25% от ее нынешнего возраста в 13 700 миллионов лет.
Для одной из галактик команда K20 также воспользовалась базой данных общедоступных спектров в районе GOODS-South, полученных командой ESO / GOODS.
Новая популяция галактик
Таким образом, недавно открытые галактики видны, когда Вселенной было около 3500 миллионов лет, то есть 10 000 миллионов лет назад. Но из полученных спектров видно, что эти галактики содержат звезды в возрасте от 1000 до 2000 миллионов лет. Это подразумевает, что галактики должны были сформироваться соответственно раньше, и что они, по сути, завершили сборку в момент, когда Вселенной было всего 1500-2500 миллионов лет.
Кажется, что галактики имеют массы, превышающие сто тысяч миллионов солнечных масс, и поэтому они имеют размеры, похожие на самые массивные галактики в современной Вселенной. Дополнительные снимки, сделанные в рамках обзора GOODS («Глубокий обзор истоков Великих обсерваторий») космическим телескопом Хаббла, показывают, что эти галактики имеют структуры и формы, более или менее идентичные тем, которые существуют в современных массивных эллиптических галактиках.
Таким образом, новые наблюдения выявили новую популяцию очень старых и массивных галактик.
Существование таких массивных и старых сфероидальных галактик в ранней Вселенной показывает, что сборка современных массивных эллиптических галактик началась намного раньше и была намного быстрее, чем предсказывает теория иерархического слияния. Говорит Андреа Симатти (INAF, Firenze, Италия), руководитель команды: «Наше новое исследование теперь поднимает фундаментальные вопросы о нашем понимании и знании процессов, которые регулировали генезис и эволюционную историю Вселенной и ее структур».
Источник: ESO News Release
