Daleka galaktyka zaskoczyła astronomów "poprzeczką"

Naukowcy użyli sieci radioteleskopów Atacama Large Millimeter Array (ALMA) oraz Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) do zbadania odległej galaktyki J0107a. Galaktykę tę widzimy w stanie, gdy Wszechświat miał 2,6 miliarda lat, czyli jest ona względnie młoda (przesunięcie ku czerwieni z = 2,467).

Obserwacje pokazały, że galaktyka J0107a posiada stabilną tzw. poprzeczkę. Tym terminem astronomowie określają długi, wąski pas gwiazd i gazu biegnący wewnątrz galaktyki, wywodzący się z centrum i przebiegający przez środek. Ramiona spiralne galaktyki wydają się wychodzić z końców takiej poprzeczki. Natomiast w przypadku galaktyk spiralnych nieposiadających poprzeczek, ich ramiona spiralne wychodzą bezpośrednią z jądra galaktyki. Przykładowo Droga Mleczna jest klasyfikowana jako galaktyka spiralna z poprzeczką.

Uważa się, iż proces formowania się galaktyk w dyski z ramionami spiralnymi trwa miliardy lat. Poprzeczki to dodatkowy złożony element, którego powstanie też wymaga czasu. Zatem istnienie stabilnej poprzeczki w młodej galaktyce J0107a jest zaskoczeniem.

Galaktykę J0107a odkryto w 2014 roku przy okazji obserwacji bliższej nam galaktyki VV114. Zdjęcia z Teleskopu Webba opublikowane w 2023 roku pokazały, że J0107a jest wyjątkowo masywna - ponad 10 razy bardziej masywna niż Droga Mleczna. Co więcej, okazało się, że to galaktyka spiralna z poprzeczką, z kształtem bardziej przypominającym współczesne galaktyki tego rodzaju niż obserwowane wcześniej odległe masywne galaktyki.

Obiekt przebadano następnie przy pomocy sieci radioteleskopów ALMA, mierząc emisje tlenku węgla i neutralnych atomów węgla. Zmierzono przepływy gazu z prędkością kilkuset kilometrów na sekundę w promieniu 20 tysięcy lat świetlnych od centrum galaktyki, czyli w przybliżeniu tyle, ile dzieli Układ Słoneczny od centrum Drogi Mlecznej. Natomiast cały gazowy dysk galaktyki J0107a mierzy 120 tysięcy lat świetlnych

Wiadomo, iż J0107a to galaktyka gwiazdotwórcza, czyli taka, w której intensywnie powstają nowe gwiazdy. Obecność poprzeczki wpływa na przepływy gazu w centrum galaktyki, przemieszczając go do środka, co może prowadzić do gwałtownych procesów gwiazdotwórczych. Wyniki obserwacji sugerują, że efekty te (szczególnie napływ gazu) zachodzą od 10 do 100 razy szybciej niż w innych porównywalnych galaktykach. To rodziłoby wniosek, iż galaktyki z poprzeczką powinny być mniej stabilne, ale własności J0107a pokazują, że poprzeczka istnieje w niej przez długi czas.

Na razie to zaledwie jeden taki przypadek. Ale pokazuje on, że 11,1 miliarda lat temu zachodziła ewolucja galaktyki, w której ważną rolę odegrała struktura taka jak poprzeczka. To znacznie wcześniej niż uważano do tej pory.

Wyniki badań opublikowano w "Nature". Pierwszym autorem pracy jest Shuo Huand z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Japonii (NAOJ) i Uniwersytetu Nagoya.