Ученые, использующие Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку (ALMA) — международную обсерваторию, сотрудничающую с Национальной радиоастрономической обсерваторией (NRAO) Национального научного фонда США, — наблюдали значительное количество холодного нейтрального газа во внешних областях молодого галактики A1689-zD1, а также истечения горячего газа из центра галактики. Эти результаты могут пролить свет на критическую стадию галактической эволюции ранних галактик, когда молодые галактики начинают трансформироваться, становясь все более похожими на своих более поздних, более структурированных собратьев. Наблюдения были представлены сегодня на пресс-конференции на 240-м собрании Американского астрономического общества (AAS) в Пасадене, Калифорния, и будут опубликованы в следующем выпуске The Astrophysical Journal (ApJ).
A1689-zD1 — молодая, активная, звездообразующая галактика, немного менее яркая и менее массивная, чем Млечный Путь, — расположена примерно в 13 миллиардах световых лет от Земли в скоплении созвездия Девы. Она была обнаружена за скоплением галактик Abell 1689 в 2007 году и подтверждена в 2015 году благодаря гравитационному линзированию, которое увеличило яркость молодой галактики более чем в 9 раз. С тех пор ученые продолжают изучать галактику как возможный аналог эволюции других «нормальных» галактик. Этот ярлык — «нормальный» — является важным отличием, которое помогло исследователям разделить поведение и характеристики A1689-zD1 на две группы: типичные и необычные, причем необычные характеристики имитируют характеристики более поздних и более массивных галактик.
«A1689-zD1 находится в очень ранней Вселенной — всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Это эпоха, когда галактики только начинали формироваться», — сказал Холлис Акинс, студент бакалавриата астрономии в Гриннелл-колледже и ведущий автор. исследования. «То, что мы видим в этих новых наблюдениях, является свидетельством процессов, которые могут способствовать эволюции того, что мы называем нормальными галактиками, в отличие от массивных галактик. Что еще более важно, эти процессы — те, которые мы ранее не считали применимыми к этим нормальным галактикам. "
Одним из таких необычных процессов является производство и распределение в галактике топлива для звездообразования, и, возможно, большого его количества. Команда использовала высокочувствительный приемник ALMA Band 6, чтобы обнаружить ореол углекислого газа, простирающийся далеко за пределы центра молодой галактики. Это может быть свидетельством продолжающегося звездообразования в том же регионе или результатом структурных нарушений, таких как слияния или оттоки, на самых ранних стадиях формирования галактики.
По словам Акинса, это необычно для ранних галактик. «Углеродный газ, который мы наблюдали в этой галактике, обычно находится в тех же регионах, что и нейтральный газообразный водород, где также имеют тенденцию образовываться новые звезды. Если это так в случае с A1689-zD1, галактика, вероятно, намного больше, чем считалось ранее. Также возможно, что это гало является остатком предыдущей галактической активности, такой как слияния, которые воздействовали на галактику сложными гравитационными силами, что привело к выбросу большого количества нейтрального газа на эти большие расстояния. галактика, вероятно, была активной и динамичной, и мы узнаем, что это может быть общей, хотя ранее ненаблюдаемой темой раннего формирования галактики».
Это открытие может быть не просто необычным, оно может иметь значительные последствия для изучения эволюции галактики, особенно потому, что радионаблюдения раскрывают детали, невидимые в оптическом диапазоне. Сейджи Фудзимото, научный сотрудник Центра космического рассвета Института Нильса Бора и соавтор исследования, сказал: «Эмиссия углеродного газа в A1689-zD1 намного шире, чем то, что наблюдалось с помощью космического телескопа Хаббла, и это может означать, что ранние галактики не так малы, как кажутся. Если на самом деле ранние галактики больше, чем мы считали ранее, это окажет большое влияние на теорию формирования и эволюции галактик в ранней Вселенной».
Во главе с Акинсом команда также наблюдала выбросы горячего ионизированного газа, обычно вызванные бурной галактической активностью, такой как сверхновые, выталкивающиеся наружу из центра галактики. Возможно, учитывая их потенциально взрывоопасную природу, выбросы имеют какое-то отношение к углеродному ореолу. «Оттоки происходят в результате насильственной деятельности, такой как взрыв сверхновых, которые выбрасывают ближайший газообразный материал из галактики, или черные дыры в центрах галактик, которые имеют сильные магнитные эффекты, которые могут выбрасывать материал в виде мощных струй. Потому что из этого есть большая вероятность того, что горячие выбросы как-то связаны с присутствием холодного углеродного ореола», — сказал Акинс. «И это еще раз подчеркивает важность многофазного, или горячего, или холодного, характера истекающего газа».
Дарах Уотсон, доцент Центра космического рассвета Института Нильса Бора и соавтор нового исследования, в 2015 году подтвердил, что A1689-zD1 является галактикой с большим красным смещением, что делает ее самой далекой из известных пыльных галактик. «Мы наблюдали этот тип излучения расширенного газового гало от галактик, которые сформировались во Вселенной позже, но наблюдение этого в такой ранней галактике означает, что этот тип поведения универсален даже в более скромных галактиках, которые сформировали большинство звезд во Вселенной. ранней Вселенной. Понимание того, как эти процессы происходили в такой молодой галактике, имеет решающее значение для понимания того, как происходит звездообразование в ранней Вселенной».
Кирстен Кнудсен, профессор астрофизики факультета космоса, Земли и окружающей среды Технологического университета Чалмерса и соавтор исследования, в 2017 году обнаружила доказательства существования пылевого континуума A1689-zD1. Кнудсен указал на случайную роль экстремальной гравитации. линзирование в том, чтобы сделать каждое новое открытие в исследовании возможным. «Поскольку A1689-zD1 увеличена более чем в девять раз, мы можем видеть важные детали, которые в противном случае трудно наблюдать при обычных наблюдениях таких далеких галактик. Galaxy еще некоторое время будет ставить перед собой новые исследовательские задачи и результаты».
Доктор Джо Песке, руководитель программы NSF для ALMA, добавил: «Это увлекательное исследование ALMA дополняет растущее количество результатов, указывающих на то, что в ранней Вселенной все обстоит не совсем так, как мы ожидали, но, тем не менее, они действительно интересны и захватывающие». Спектроскопические и инфракрасные наблюдения A1689-zD1 запланированы на январь 2023 года с использованием NIRSpec Integral Field Unit (IFU) и NIRCam на космическом телескопе Джеймса Уэбба. Новые наблюдения дополнят предыдущие данные HST и ALMA, предлагая более глубокий и полный многоволновой взгляд на молодую галактику.
