JWST наблюдает, как шесть галактик становятся одной

JWST запечатлел своего рода предковский галактический портрет, который подчеркивает, как современные галактики и их черные дыры стали такими массивными. Инфракрасный космический телескоп наблюдал то, что астрономы называют протокластером, группой меньших галактик, сливающихся в одну массивную примерно через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Этот поэтапный процесс сборки галактик создал Вселенную, которую мы видим вокруг нас сегодня.

Те же сливающиеся галактики также были наблюдаемы в высоком разрешении в радио диапазоне, и результаты обеих наблюдательных кампаний представлены в двух отдельных статьях.

Первая статья называется "JWST Наблюдает за Сборкой Массивной Галактики при 𝑍 ∼ 4" и опубликована в The Open Journal of Astrophysics. Главный автор — Ааюш Саксена из Отдела физики Оксфордского университета.

Вторая статья называется "Высокое разрешение радиоизображений TGSS J1530+1049, радио галактики в плотной среде при z = 4" и опубликована в Astronomy and Astrophysics. Главный автор — Кристина Габань из Отдела астрономии Института физики и астрономии в Университете ЭЛТЕ имени Этвеша Лоранда в Будапеште, Венгрия.

Ранее наблюдения в этом регионе вызвали интерес астрономов и астрофизиков. Эти радио наблюдения зафиксировали активную сверхмассивную черную дыру (СМЧД). Высокозначные радио галактики (HzRG) как эта являются желанными объектами для астрономов и астрофизиков. Их радиоизлучения происходят из струй плазмы, а не от активного галактического ядра (AGN). Излучения AGN чрезвычайно яркие и могут затмить свет звезд галактики. Но HzRG предлагают наблюдателям лучший взгляд на звезды, газ и пыль галактики. Изучая HzRG, исследователи могут больше узнать о взаимосвязи между СМЧД и формированием и эволюцией галактик, которые их содержат.

Это радиоизображение радио галактики TGSS J1530+1049, которое было впервые обнаружено в 2018 году. Когда оно было найдено, астрономы думали, что это может быть радио галактика на ранней стадии эволюции. Кредит изображения: Саксена и др. 2018a. MNRAS.

Астрономы хотели узнать больше о СМЧД и окружающей ее галактике, и отдельные группы исследователей использовали разные телескопы для ее изучения. Один использовал JWST, а другой — Европейскую сеть VLBI (EVN) и сеть многокомпонентных удаленно связанных интерферометров (e-MERLIN). Но вместо того, чтобы найти одну галактику, исследователи обнаружили шесть отдельных.

«Мы не нашли одну галактику, а целый комплекс как минимум из шести галактик», — сказал Ааюш Саксена, главный автор первой статьи.

Группа галактик называется протокластером, и известно, что HzRG находятся в центре таких протокластеров. Наблюдения за HzRG, называемым TGSS J1530+1049, предоставляют редкую возможность увидеть, как галактики сливаются.

«Мы называем такие структуры протокластерами: предшественниками обширных коллекций галактик, которые мы видим сегодня», — сказал соавтор первой статьи Родерик Оверзий из Лейденской обсерватории. «Это места, где материя собралась очень рано. Мы думаем, что мы видим редкий момент, когда несколько массивных галактик все еще существуют отдельно, но уже находятся в процессе формирования одной гораздо большей галактики.»

Изображение JWST слева показывает континуум источников, что означает шесть членов протокластера. Изображение JWST справа показывает области эмиссии линий, которые могут быть обратной связью AGN. Кредит изображения: Саксена и др. 2026. OJA

Галактики в протокластере не являются маленькими карликовыми галактиками. Четыре из них уже массивные, и все шесть вместе содержат сотни миллиардов солнечных масс в звездах. Рост черных дыр и галактик связан, но детали не ясны. Это очень активная область исследований, и один из основных вопросов, на которые JWST был построен, чтобы ответить.

JWST может быть построен для изучения роста галактик и СМЧД, но телескоп не может охватить все наблюдательные базы. Радиоастрономия все еще является мощным инструментом, и во второй статье команда захватила высокоразрешающие радиоизображения.

Это составное изображение объединяет данные JWST и радио. Континуум источник C2, одна из галактик, вероятно, является хозяином радио AGN. Кредит изображения: Саксена и др. 2026. OJA

«Используя сеть связанных радио телескопов, мы смогли создать очень четкое изображение TGSSJ1530+1049», — сказала главный автор второй статьи Кристина Габань. «Радиоизлучение возникает, когда материал падает в черную дыру, в то время как часть его выбрасывается снова на высокой скорости.»

Это изображение объединяет изображения JWST с радио данными. Два желтых креста — это радио особенности. Ни один из них не может быть AGN; они, скорее всего, являются горячими точками или лобами, связанными с AGN, где AGN взаимодействует с окружающей средой. Изображение ясно показывает, что AGN находится в "очень плотном регионе сливающихся галактик", пишут авторы. Кредит изображения: Габань и др. 2026. A&A

Наблюдения показывают, что галактики сливаются, и в качестве бонуса протокластер напоминает симуляции. «Основываясь на физических расстояниях и различиях в скорости между галактиками, ожидается, что эти галактики сольются, чтобы сформировать массивную галактику в течение нескольких миллиардов лет», — пишут авторы первой статьи. «Система качественно напоминает формирующиеся самые яркие галактики кластера в космологических симуляциях, которые формируются рано через быструю последовательность слияний.»

Нахождение нескольких галактик в процессе слияния — редкое достижение. Исследователи могут не только видеть, как галактики сливаются, но и наблюдать, как растет СМЧД. Это открытие также демонстрирует мощь радио наблюдений даже в эпоху JWST.

«Эта работа показала, что идентификация кандидатов HzRG из чисто радиоотобранных образцов продолжает предоставлять интересные данные о космологии, формировании массивных галактик и сверхмассивных черных дырах», — заключают авторы первой статьи.

«Эти данные указывают на картину массивной, формирующейся галактики, которая содержит как минимум одну активную сверхмассивную черную дыру, взаимодействующую с окружающим газом через свои (компактные) радио струи», — заключает вторая статья.

В этом протокластере еще много деталей, которые нужно разгадать. Природа AGN и его струй все еще не ясна. Тем не менее, наблюдения все еще значимы, поскольку исследователи пытаются понять, как галактики и их СМЧД стали такими массивными в локальной Вселенной.

«Что делает это особенным, так это то, что мы можем следить как за накоплением гигантской галактики, так и за ростом черной дыры в ее центре», — сказал Хуб Ретгеринг, соавтор второй статьи. «Наблюдения, таким образом, предлагают редкий взгляд на космическую строительную площадку в молодой вселенной, где формируются предки сегодняшних крупнейших галактик.»