|
Почему первые галактики прекратили звездообразование
|
|
|
|
Астрономические наблюдения показывают, что самые массивные галактики ранней Вселенной образовались примерно через три-четыре миллиарда лет после Большого взрыва и прекратили звездообразование очень рано в космической истории, примерно через миллиард лет после своего образования. Это странное поведение озадачило специалистов в этой области. Для сравнения, наша галактика, Млечный Путь, так же стара, как и сама Вселенная, и продолжает производить звезды, хотя и с низкой скоростью, даже спустя 13,5 миллиардов лет после своего образования.
|
|
|
|
Исследование, проведенное в Институте астрономии, геофизики и атмосферных наук Университета Сан-Паулу (IAG-USP) в Бразилии в сотрудничестве с международными партнерами и опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, предлагает последовательное решение этой проблемы.
|
|
|
|
Две загадочные популяции галактик
|
|
|
|
«Мы сосредоточились на двух, казалось бы, различных популяциях: пылевых звездообразующих галактиках [DSFG] и массивных спокойных галактиках [MQ]», — говорит Лаэрте Содре Жуниор, профессор в отставке, бывший директор IAG-USP и научный руководитель ведущего автора исследования Пабло Арайя-Арайя.
|
|
|
|
DSFG чрезвычайно активны, образуя звезды со скоростью до 500 солнечных масс в год. Для сравнения, Млечный Путь образует примерно одну солнечную массу в год. Окруженные плотными пылевыми облаками, DSFG практически невидимы в оптическом диапазоне (часть электромагнитного спектра с длинами волн от 380 до 780 нанометров). Однако они ярко светятся в субмиллиметровом (0,2–1 миллиметр) и среднеинфракрасном (4,9–28,8 микрон) диапазонах длин волн.
|
|
|
|
|
|
|
По этой причине тысячи галактик с двойной структурой были обнаружены радиотелескопами Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки (ALMA), работающими в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне. Некоторые из их пространственных структур и звездного состава были охарактеризованы космическим телескопом Джеймса Уэбба, работающим в инфракрасном диапазоне.
|
|
|
|
Как объясняет Содре, галактики с двойной структурой представляют собой серьезную проблему для моделей формирования галактик: «Они быстро формировались и прекращали производство звезд в течение первых нескольких миллиардов лет истории Вселенной».
|
|
Отслеживание галактик в прошлом
|
|
|
|
Чтобы исследовать связь между двумя популяциями, исследователи использовали полуаналитическую модель формирования галактик и отслеживали их эволюционные траектории на красных смещениях от 2 до 4 — то есть, когда Вселенной было около трех-четырех миллиардов лет. Красные смещения — это сдвиги электромагнитного излучения в сторону более длинных волн, возникающие в результате расширения Вселенной.
|
|
|
|
Результаты показывают, что от 86% до 96% галактик типа MQ ранее прошли фазу развития в виде галактик с высокой плотностью звездообразования (DSFG). Другими словами, практически все эти инертные галактики имели чрезвычайно активное прошлое. Однако не все DSFG следуют этому пути.
|
|
Жестокие слияния и быстрые остановки
|
|
|
|
Исследование предполагает, что каждая галактика-прародительница галактики типа MQ пережила раннее и жестокое слияние с галактикой аналогичной массы. Это катастрофическое событие запустило два одновременных процесса: экстремальный всплеск звездообразования и быстрый рост сверхмассивной черной дыры в центральной области.
|
|
|
|
«Слияние двух галактик сконцентрировало большое количество газа в ядре, одновременно вызвав экстремальный всплеск звездообразования и интенсивное питание сверхмассивной черной дыры», — резюмирует Содре.
|
|
|
|
«В этом процессе холодный газ быстро расходуется, в то время как энергия, выделяемая активным ядром, нагревает окружающий газ гало и препятствует его охлаждению и повторному включению в галактику, блокируя поступление сырья для новых звезд и останавливая звездообразование менее чем за миллиард лет», — объясняет ученый.
|
|
|
|
Постепенный рост большинства галактик
|
|
|
|
В отличие от них, большинство галактик, образующих звезды и пыль, растут более постепенно в результате долгосрочных процессов. Значительные слияния происходят только на более поздних стадиях, что приводит к замедлению потребления газа и, в конечном итоге, к позднему прекращению звездообразования, которое наблюдается на меньших красных смещениях.
|
|
|
|
Недавние работы космического телескопа Джеймса Уэбба помогли составить карты галактик, образующих глубокие слои пыли (DSFG). В то же время они выявили большее, чем ожидалось, количество массивных, спокойных галактик в ранней Вселенной.
|
|
Открытые вопросы и будущие телескопы
|
|
|
|
Предложенная модель еще не полностью решила проблему, поскольку все еще существуют расхождения между предсказаниями и наблюдениями.
|
|
|
|
«Мы наблюдаем гораздо больше галактик с субмиллиметровым излучением, чем предсказывали», — признает Содре.
|
|
|
|
Тем не менее, исследование предоставляет целостную основу для объяснения эволюции галактик с большой глубиной резкости (DSFG) в галактики с большой глубиной резкости (MQ) на основе слияний галактик, вспышек звездообразования и образования сверхмассивных черных дыр. Прогресс в этой области будет зависеть от более совершенных теоретических моделей, более реалистичных численных симуляций и новых наблюдений. Ожидается, что такие инструменты, как Гигантский телескоп Магеллана (GMT), строящийся в обсерватории Лас-Кампанас в чилийской пустыне Атакама под одним из самых сухих и стабильных небес на планете, сыграют решающую роль в этом процессе.
|
|
|
|
«Благодаря своему 24,5-метровому главному зеркалу GMT сможет получать изображения в три-четыре раза более детализированные, чем телескоп Джеймса Уэбба», — подчеркивает Содре. Ожидается, что GMT начнет работу к середине следующего десятилетия.
|
|
|
|
Источник
|
