|
Как образовались гигантские галактики
|
|
|
|
Существование массивных эллиптических галактик в ранней Вселенной озадачивало астрономов на протяжении двух десятилетий. Международная команда под руководством Николауса Зульценауэра и Акселя Вайса из Института радиоастрономии имени Макса Планка (MPIfR) использовала данные Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Atacama (ALMA), чтобы пролить свет на этот открытый вопрос о формировании галактик. Они очень подробно изучили одно из самых впечатляющих скоплений галактик и опубликовали свои результаты в текущем номере журнала Astrophysical Journal.
|
|
Разгадка космической тайны
|
|
|
|
Удивительное наблюдение озадачивало астрономов в течение двух десятилетий: Массивные и развитые галактики уже существовали всего через несколько миллиардов лет после Большого взрыва. Исследователи ожидали, что на столь раннем этапе истории нашей Вселенной они обнаружат только галактики с молодыми звездами и продолжающимся звездообразованием. Вместо этого существует множество эллиптических галактик со старым звездным населением и очень малым количеством холодного газа для образования новых звезд. Эти наблюдения ставят под сомнение модели формирования космологических структур.
|
|
|
|
Группа астрономов, возглавляемая MPIfR, совершила большой скачок в понимании этих систем. "Во Вселенной, где более крупные галактики растут иерархически за счет гравитационных взаимодействий и слияния более мелких строительных блоков, некоторые гигантские эллиптические формы, должно быть, сформировались совершенно иначе, чем считалось ранее.
|
|
|
|
|
|
|
"Вместо того, чтобы медленно накапливать массу в течение 14 миллиардов лет, массивная эллиптическая галактика может быстро сформироваться всего за несколько сотен миллионов лет. Он может образоваться в результате коллапса и слияния основной первичной структуры за то время, которое требуется Солнцу, чтобы совершить один оборот вокруг центра Млечного Пути", - объясняет Сульценауэр, доктор философии, исследователь из MPIfR и Боннского университета и первый автор, ведущий анализ.
|
|
|
|
"Мы обнаружили, что структуры с самой высокой плотностью, должно быть, сначала отделились от расширения Вселенной всего на 10% от текущей космической эры, а затем быстро собрали целые протокластеры". Сжатие газа порождает космический фейерверк, невероятно яркий, поскольку он нагревается в результате звездообразования. Это маяк в диапазоне от дальнего инфракрасного до миллиметрового диапазона длин волн, доступный таким обсерваториям, как ALMA и Atacama Pathfinder Experiment (APEX).
|
|
|
|
Наблюдаем трансформацию
|
|
|
|
Команда ученых наблюдала за холодным газом и пылью в центре SPT2349-56, протокластера, наблюдаемого всего через 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва и расположенного в южном созвездии Феникса. SPT2349-56 позволяет получить редкое представление о первых скоплениях, главных центрах массивных эллиптических галактик. "SPT2349-56 является рекордсменом по созданию самой мощной звездной фабрики", - отмечает Вайс, который также участвовал в первоначальном открытии SPT2349-56 совместно с APEX.
|
|
|
|
"В центре мы обнаружили четыре тесно взаимодействующие галактики, в которых каждые 40 минут образуется по одной звезде", - добавляет Райли Хилл из Университета Британской Колумбии (UBC) в Канаде. Для сравнения, в настоящее время в Млечном Пути требуется целый год, чтобы образовались три или четыре звезды.
|
|
|
|
"Важно отметить, - отмечает Зульценауэр, - что этот квартет галактик выпускает когерентные гигантские приливные рукава со скоростью 300 километров в секунду, простирающиеся на площади, намного превышающей Млечный Путь. Они интенсивно светятся на субмиллиметровой длине волны, их яркость увеличивается в десять раз за счет ударных волн, возбуждающих ионизированные атомы углерода. Это яркое излучение позволило нам точно измерить движение газа в этой гравитационно выброшенной спирали, напоминающей бусины на нитке, опоясывающей ядро протокластера.
|
|
|
|
"К нашему удивлению, скопления обломков, образовавшихся в результате прилива, образуют цепочку из 20 дополнительных сталкивающихся галактик во внешних частях коллапсирующей структуры. Это указывает на общее происхождение. Впервые мы наблюдаем начало каскадной трансформации в результате слияния. Большинство из 40 богатых газом галактик в этом ядре будут уничтожены и в конечном итоге превратятся в гигантскую эллиптическую галактику менее чем за 300 миллионов лет - в мгновение ока".
|
|
|
|
Понимание того, как образуются скопления галактик
|
|
|
|
Дункан Макинтайр (Duncan MacIntyre) и Джоэл Цучитори (Joel Tsuchitori), два студента бакалавриата Калифорнийского университета в Сан-Франциско и члены команды, провели подробное численное моделирование. Они были необходимы для того, чтобы связать наблюдения коллапса этого протокластера с предыдущими исследованиями скоплений зрелых галактик. Поразительное совпадение между различными типами объектов, обнаруженных в разное космическое время, может не только продемонстрировать важность одновременных крупных слияний во время формирования массивных галактик. Это также может помочь объяснить, как тяжелые элементы (такие как углерод) нагреваются и переносятся по первым скоплениям галактик.
|
|
|
|
"Хотя наши результаты дают новое захватывающее представление о быстрой сборке эллиптических галактик, различные взаимодействия между ударами слияния, нагревом газа в результате роста сверхмассивных черных дыр и их влиянием на топливо для звездообразования остаются большой загадкой", - отмечает Скотт Чепмен из Университета Далхаузи. "Возможно, еще слишком рано заявлять о полном понимании "раннего детства" гигантских эллиптических галактик, но мы проделали долгий путь, связав приливный мусор в протокластерах с процессом формирования массивных галактик, расположенных в современных скоплениях галактик".
|
|
|
|
Источник
|
