Многие галактики, включая наш Млечный Путь, похожи на плоские вращающиеся диски из звезд. В них обычно два слоя: тонкий и толстый. В тонком — молодые звезды, богатые металлами (так астрономы называют элементы тяжелее водорода и гелия), а в толстом — старые и бедные металлами.

Эти слои как капсулы времени: они хранят историю того, как галактики рождали звезды, накапливали вещества, необходимые для жизни, и меняли форму.

До недавнего времени различить тонкий и толстый диски удавалось только у близких галактик.

Когда далекая галактика повернута к нам ребром, ее тонкий край почти не видно. Но в 2021 году запустили космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) — самый мощный на сегодня.

Международная команда ученых изучила 111 снимков JWST, где галактики видны с ребра. Это позволило разглядеть их вертикальную структуру.

Результаты опубликованы в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Наблюдать далекие галактики — все равно что смотреть в прошлое, — говорит Такафуми Цукуи, руководитель исследования. — JWST дал нам возможность увидеть, как формировались диски миллиарды лет назад.

Оказалось, что в ранней Вселенной у большинства галактик был только толстый диск. Позже у многих появился и тонкий. Это значит, что сначала галактики создавали толстый слой, а уже внутри него — тонкий. В более массивных галактиках тонкий диск формировался раньше.

Для галактик размером с Млечный Путь этот процесс начался около 8 миллиардов лет назад. Это совпадает с данными о нашей Галактике, где возраст звезд можно измерить напрямую.

Чтобы понять, почему диски формируются именно так, ученые изучили не только звезды, но и движение газа — сырья для новых звезд. Данные ALMA и наземных телескопов подтвердили картину:

• В молодых галактиках диски были заполнены турбулентным газом, в котором бушевало звездообразование.
• Из этого хаоса рождались толстые диски.
• Со временем звезды стабилизировали газ, turbulence стихала, и внутри толстого диска появлялся тонкий.
• Крупные галактики быстрее превращали газ в звезды, поэтому их тонкие диски формировались раньше.

JWST помог ответить на важный вопрос: типичен ли путь Млечного Пути? — говорит Цукуи. — Теперь мы видим, что похожие процессы шли и в других галактиках.

Этот прорыв помогает понять, как галактики «взрослеют». Зная этапы их эволюции, мы точнее интерпретируем данные о ранней Вселенной. Например, сможем предсказывать, где искать следы первых звезд или экзопланеты с подходящими для жизни условиями. Кроме того, исследование уточняет модели звездообразования — а это ключ к технологиям будущего, вроде управляемого термоядерного синтеза.

Отметим, что выводы основаны на анализе всего 111 галактик — крошечной выборке по меркам Вселенной. Кроме того, JWST видит в основном крупные, яркие объекты; возможно, у меньших галактик эволюция шла иначе. Нужны дополнительные наблюдения.

Ранее ученые открыли самую удаленную вращающуюся дисковую галактику.