Деякі ранні масивні галактики працюють ухолосту

Коли Всесвіту було близько 3 мільярдів років -- всього 20% від його поточного віку -- він пережив найплідніший період народження зірок у своїй історії. Але коли космічний телескоп "Хаббл" та Атакамський великий міліметровий/субміліметровий масив (ALMA) на півночі Чилі подивилися на космічні об’єкти цього віку, вони виявили дещо дивне: шість ранніх, масивних, "мертвих" галактик, у яких закінчився холодний водневий газ, необхідний для створення зірок.

Не маючи більше палива для утворення зірок, ці галактики буквально працювали ухолосту, розповідають в НАСА. Результати роботи опубліковані в журналі Nature.

Ці зображення є складеними зображеннями від космічного телескопа Хаббл та Атакамського великого міліметрового/субміліметрового масиву. Тут у комірках та їх збільшеннях показані дві з шести далеких масивних галактик, в яких, як виявили вчені, зореутворення припинилося через виснаження джерела палива – холодного водневого газу. Хаббл разом з ALMA знайшов ці дивні галактики, коли вони об′єднали зусилля з "природною лінзою" у космосі, створеною масивними галактичними скупченнями на передньому плані. Гравітація скупчень розтягує та підсилює світло фонових галактик в ефекті, званому гравітаційним лінзуванням. Це явище дозволяє астрономам використовувати масивні скупчення галактик як природні лупи для вивчення деталей у далеких галактиках, які інакше було б неможливо побачити. Жовтий колір – сяйво зоряного світла. Штучний фіолетовий колір зображає холодний пил від спостережень ALMA. Цей холодний пил використовується як непрямий показник наявності холодного водневого газу, необхідного для утворення зірок. Навіть з урахуванням чутливості ALMA вчені не виявили пил у більшості з шести галактик, що потрапили у вибірку. Одним із прикладів є MRG-M1341 у верхньому правому куті. Вона виглядає спотвореною через оптичні ефекти лінзування. На противагу цій галактиці, фіолетова пляма ліворуч від неї є прикладом галактики, багатої пилом та газом. Одним із прикладів виявлення ALMA холодного пилу є галактика MRG-M2129 внизу праворуч. У цій галактиці тільки пил та газ у самому центрі. Це говорить про те, що зореутворення могло зупинитися з околиць всередину. Credits: NASA, Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

"У цей момент у нашому Всесвіті всі галактики повинні формувати багато зірок. Це пікова епоха зореутворення", - пояснила провідний автор роботи Кейт Уітакер, доцент кафедри астрономії в Університеті Массачусетсу в Амхерсті. Уітакер також є доцентом Центру "Космічний світанок" у Копенгагені, Данія. "То що сталося з усім холодним газом у цих галактиках так рано?"

Це дослідження є класичним прикладом гармонії між спостереженнями Хаббла та ALMA. Хаббл визначив, де в галактиках існують зорі, показуючи, де вони утворилися в минулому. Виявлення ALMA холодного пилу, який служить непрямим показником холодного водневого газу, показало астрономам, де зорі можуть утворитися в майбутньому, якщо буде достатньо палива.

Використання телескопів від природи

Дослідження цих ранніх, далеких, мертвих галактик було частиною програми, що отримала відповідну назву REQUIEM – розшифровується як "Вирішення питання зі спокійними збільшеними галактиками" при високому червоному зсуві. (Червоне зміщення відбувається, коли світло розтягується внаслідок розширення простору та виглядає зміщеним у бік червоної частини спектра. Чим далі галактика розташована стосовно спостерігача, тим червонішою вона здається.)

Команда REQUIEM використовує надзвичайно масивні скупчення галактик переднього плану як природні телескопи. Величезна гравітація галактичних скупчень деформує простір, вигинаючи та збільшуючи світло від фонових об’єктів. Коли за таким скупченням розташовується рання, масивна та дуже далека галактика, вона виглядає сильно розтягнутою та збільшеною, що дозволяє астрономам вивчати деталі, які інакше було б неможливо побачити. Це називається "сильне гравітаційне лінзування".

Лише поєднавши вишукану роздільну здатність Хаббла та ALMA з цим сильним лінзуванням, команда REQUIEM змогла зрозуміти процес формування цих шести галактик, які виглядають так само як і через кілька мільярдів років після Великого вибуху.

"Використовуючи сильне гравітаційне лінзування у якості природного телескопа, ми можемо знайти далекі, наймасивніші та перші галактики, які припинили своє зореутворення", - сказала Уітакер. "Мені подобається думати про це, як про науку 2030-х або 40-х років – з потужними космічними телескопами наступного покоління – але сьогодні натомість, поєднуючи можливості Хаббла та ALMA, які підсилюються завдяки сильному лінзуванню".

"REQUIEM зібрав найбільшу на сьогодні вибірку з цих рідкісних, сильно лінзованих, мертвих галактик у ранньому Всесвіті, і ключовим фактором тут є сильне лінзування", - сказав Мохаммад Ахшик, головний дослідник програми спостережень Хаббла. "Воно підсилює світло на всіх довжинах хвиль, тому його легше виявити, і ви також отримуєте більш високу просторову роздільну здатність, коли ці галактики розтягнуті по небу. По суті ви можете бачити їх зсередини у набагато делікатніших фізичних масштабах, щоб зрозуміти, що відбувається."

Жити швидко, померти молодим

Ці види мертвих галактик, схоже що, не омолоджуються, навіть у результаті пізніших незначних злиттів та приєднань найближчих невеликих галактик та газу. Поглинаючи все навколо себе, галактики здебільшого просто "роздуваються". Якщо зореутворення знову відновиться, Уітакер описує його "свого роду глазуруванням". Приблизно через 11 мільярдів років, у сучасному Всесвіті, ці раніше компактні галактики, як вважається, еволюціонували у більші, але все ще мертві з точки зору будь-якого нового зореутворення.

Ці шість галактик прожили швидке та шалене життя, створивши свої зорі за надзвичайно короткий час. Чому вони так рано припинили зореутворення – це ще загадка.

Уітакер пропонує кілька можливих пояснень: "Чи увімкнулася надмасивна чорна діра у центрі галактики й нагріла весь газ? Якщо так, то газ все ще міг би бути, але зараз він гарячий. Чи може він був вигнаний, і тепер йому не дозволяють знову акреціюватися на галактику. Або галактика просто все використала, а постачання припинилося? Ось деякі з відкритих питань, які ми продовжимо вивчати з новими спостереженнями у майбутньому".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Галактики
• Зореутворення в галактиках
• гравітаційне лінзування