JWST спостерігає, як шість галактик стають однією

JWST зафіксував свого роду предковий галактичний портрет, який підкреслює, як сучасні галактики та їх чорні діри виросли до таких масивних розмірів. Інфрачервоний космічний телескоп спостерігав те, що астрономи називають протокластером, групою менших галактик, що зливаються в одну масивну приблизно через 1,5 мільярда років після Великого вибуху. Цей покроковий процес збирання галактик створив Всесвіт, який ми бачимо навколо нас сьогодні.

Ті ж самі зливаючі галактики також були спостережені в радіо з високою роздільною здатністю, і результати обох спостережних кампаній представлені в двох окремих статтях.

Перша стаття "JWST СПОСТЕРІГАЄ ЗБИРАННЯ МАСИВНОЇ ГАЛАКТИКИ ПРИ 𝑍 ∼ 4" опублікована в The Open Journal of Astrophysics. Головний автор — Ааюш Саксена з кафедри фізики Оксфордського університету.

Друга стаття "Високороздільне радіо зображення TGSS J1530+1049, радіо галактики в щільному середовищі при z = 4" опублікована в Astronomy and Astrophysics. Головний автор — Крістіна Габань з кафедри астрономії Інституту фізики та астрономії в Університеті Ельте в Будапешті, Угорщина.

Раніше спостереження цього регіону викликали інтерес астрономів та астрофізиків. Ці радіо спостереження виявили активну надмасивну чорну діру (НМЧД). Радіо галактики з високим червоним зсувом (HzRG) подібні до цієї є бажаними об'єктами для астрономів та астрофізиків. Їх радіо емісії походять з джетів плазми, а не з активного галактичного ядра (AGN). Емісії AGN є надзвичайно яскравими і можуть заглушити світло зірок галактики. Але HzRG пропонують спостерігачам кращий погляд на зірки, газ та пил галактики. Вивчаючи HzRG, дослідники можуть дізнатися більше про взаємозв'язок між НМЧД та формуванням і еволюцією галактик, які їх містять.

Це радіо зображення радіо галактики TGSS J1530+1049, яке вперше було виявлено в 2018 році. Коли його знайшли, астрономи вважали, що це може бути радіо галактика на ранній стадії еволюції. Кредит зображення: Саксена та ін. 2018a. MNRAS.

Астрономи хотіли дізнатися більше про НМЧД та її навколишню галактику, і окремі команди дослідників використовували різні телескопи для її вивчення. Один використовував JWST, а інший — Європейську мережу VLBI (EVN) та Мульти-елементну віддалену зв'язану інтерферометричну мережу (e-MERLIN). Але замість того, щоб знайти одну галактику, дослідники виявили шість окремих.

«Ми не знайшли одну галактику, а цілий комплекс з принаймні шести галактик», — сказав Ааюш Саксена, головний автор першої статті.

Група галактик називається протокластером, і відомо, що HzRG знаходяться в центрі протокластерів, подібних до цього. Спостереження HzRG, званого TGSS J1530+1049, надає рідкісну можливість побачити, як галактики зливаються.

«Ми називаємо такі структури протокластерами: попередниками величезних колекцій галактик, які ми бачимо сьогодні», — сказав співавтор першого дослідження Родерік Оверзієр з обсерваторії Лейдена. «Це місця, де матерія зібралася дуже рано. Ми вважаємо, що бачимо рідкісний момент, коли кілька масивних галактик ще існують окремо, але вже перебувають у процесі формування однієї набагато більшої галактики.»

Зображення JWST зліва показує безперервні джерела, що означає шість членів протокластера. Зображення JWST справа показує області лінійної емісії, які можуть бути зворотним зв'язком AGN. Кредит зображення: Саксена та ін. 2026. OJA

Галактики в протокластері не є маленькими карликовими галактиками. Чотири з них вже масивні, а всі шість разом містять сотні мільярдів сонячних мас у зірках. Зростання чорних дір та галактик пов'язане, але деталі залишаються незрозумілими. Це дуже активна область досліджень, і одне з основних питань, для вирішення яких був побудований JWST.

JWST, можливо, був побудований для вивчення зростання галактик та НМЧД, але телескоп не може охопити всі спостережні бази. Радіоастрономія все ще є потужним інструментом, і в другій статті команда зафіксувала високороздільні радіо зображення.

Це композитне зображення поєднує дані JWST та радіо. Безперервне джерело C2, одна з галактик, ймовірно, є господарем радіо AGN. Кредит зображення: Саксена та ін. 2026. OJA

«Використовуючи мережу з'єднаних радіотелескопів, ми змогли створити дуже чітке зображення TGSSJ1530+1049», — сказала головний автор другої статті Крістіна Габань. «Радіо емісія виникає, коли матеріал падає в чорну діру, в той час як деяка частина його знову викидається з великою швидкістю.»

Це зображення поєднує зображення JWST з радіо даними. Два жовті хрести є радіо характеристиками. Жоден з них не може бути AGN; вони, найімовірніше, є гарячими точками або лобами, пов'язаними з AGN, де AGN взаємодіє з навколишнім середовищем. Зображення чітко показує, що AGN вбудований в "дуже щільний регіон зливаючих галактик", пишуть автори. Кредит зображення: Габань та ін. 2026. A&A

Спостереження показують, що галактики зливаються, і як бонус, протокластер нагадує симуляції. "На основі фізичних відстаней та швидкісних різниць між галактиками, очікується, що ці галактики зіллються, щоб утворити масивну галактику протягом кількох мільярдів років", — пишуть автори першої статті. "Система якісно нагадує формуючі найяскравіші галактики кластера в космологічних симуляціях, які формуються рано через швидку послідовність злиттів."

Знайти кілька галактик у процесі злиття — це рідкісне досягнення. Дослідники не тільки можуть бачити, як галактики зливаються, але й можуть спостерігати, як НМЧД зростає. Це відкриття також демонструє силу радіо спостережень навіть в епоху JWST.

"Ця робота показала, що ідентифікація кандидатів HzRG з чисто радіо вибраних зразків продовжує надавати цікаві дослідження космології, формування масивних галактик та надмасивних чорних дір", — підсумовують автори першої статті.

"Ці дані вказують на картину масивної, формуючої галактики, яка містить принаймні одну активну надмасивну чорну діру, що взаємодіє з навколишнім газом через свої (компактні) радіо джети", — підсумовує друга стаття.

Є ще багато деталей, які потрібно розплутати в цьому протокластері. Природа AGN та його джетів все ще залишається незрозумілою. Незважаючи на це, спостереження все ще є значущими, оскільки дослідники намагаються зрозуміти, як галактики та їх НМЧД виросли до таких масивних розмірів у локальному Всесвіті.

"Що робить це особливим, так це те, що ми можемо спостерігати як зростання гігантської галактики, так і зростання чорної діри в її центрі", — сказав Хуб Ретгерінг, співавтор другої статті. "Отже, спостереження пропонують рідкісний погляд на космічний будівельний майданчик у молодому всесвіті, де формуються предки сьогоднішніх найбільших галактик."