Зрозуміти далекі галактики астрономам допоможе стеження за локальними

Щоб краще зрозуміти спостереження за найдальшими галактиками, міжнародна група астрономів створила вибірку з локальних, які можна вивчати набагато детальніше. Дослідники показали, як кількість світла, що виходить з галактики, пов′язана з її фізичними властивостями.

Як розповідають в Інституті Нільса Бора, результат має значення для того, як ми інтерпретуємо спостереження за галактиками у ранньому Всесвіті.

Одним з найбільш інформативних способів вивчення галактик у ранньому Всесвіті є особливий тип ультрафіолетового світла, званий "Лайман-альфа" (в серії Лаймана -- спектральна лінія водню, або, у загальному випадку, атома з одним електроном, яка виникає при переході електрона між другим та першим рівнями). Це світло випускається газом навколо найгарячіших зірок, тому воно особливо добре підходить для спостережень за галактиками з високим ступенем зореутворення.

Однак, на відміну від інших типів світла, точна довжина хвилі й напрямок руху залежать від багатьох фізичних процесів усередині й зовні галактик. Світло Лайман-альфа не просто йде прямо до наших телескопів, а проходить складний шлях від галактики.

На своєму шляху воно проходить через регіони з різними фізичними умовами, які впливають не тільки на шлях окремих частинок світла, а й на зміну довжини хвилі та навіть на поглинання невизначеної частини світла.

Деякі регіони більш гарячі, деякі більш запилені, деякі мають сильні потоки газових хмар тощо. Усі ці фізичні умови роблять доволі складною інтерпретацію світла Лайман-альфа, яке ми бачимо. З іншого боку, при правильній інтерпретації винагорода виявляється значною, саме тому, що ми можемо дізнатися про фізику галактики.

Стеження за нашими сусідами

Галактики в далекому Всесвіті тьмяні й маленькі, і тому їх особливо важко спостерігати. З цієї причини міжнародна група астрономів поставила собі за мету створити "еталонну" вибірку галактик, які знаходяться по сусідству з нами. Хоча вони все ще віддалені від нас на сотні мільйонів світлових років, вони перебувають досить близько, щоб їх можна було вивчати в найдрібніших подробицях за допомогою безлічі різних телескопів по всьому світу та у космосі.

Новини за подібною темою:

		Три "червоні монстри" у ранньому Всесвіті кидають виклик сучасним моделям формування галактик
		Вебб і Габбл показали моторошну пару галактик
		В далекому космосі виявлено дивну галактику

Ця так звана Еталонна вибірка Лайман-альфа, або LARS, показала безліч цікавих властивостей галактик, які є надзвичайно корисними при спостереженні за більш віддаленими галактиками.

У недавньому дослідженні, опублікованому в журналі The Astrophysical Journal Supplement Series, астрономи з′ясували, яка частина світла Лайман-альфа йде з галактики, і чи корелює ця частка з різними фізичними властивостями галактики.

"Завдяки новим спостереженням ми встановили зв′язок між тим, скільки Лайман-альфа йде з галактик, і деякими фізичними властивостями цих галактик", - пояснює перший автор дослідження, старший науковий співробітник Стокгольмського університету Єнс Меліндер.

"Наприклад, існує чітка кореляція між кількістю космічного пилу в галактиці та тим, скільки Лаймана вона випускає. Цього слід було очікувати, оскільки пил поглинає світло, але тепер ми оцінили цей ефект кількісно", - додав він.

Астрономи також виявили зв′язок між світлом, що йде, і загальною масою всіх зірок у галактиці, хоча й менш явний. З іншого боку, інші властивості, як-от кількість утворюваних галактикою нових зірок, не корелюють з кількістю Лайман-альфа, яке йде з галактики.

Відповідність теоретичним моделям

Ще одним цікавим результатом є те, що галактики, спостережувані в Лайман-альфа, здаються значно більшими, ніж при спостереженні на інших довжинах хвиль. Цей ефект спостерігався й раніше та відповідає теоретичним очікуванням.

Дві галактики з вибірки LARS, спостережувані тут через фільтри, що підсилюють певні фізичні процеси. Зеленим кольором показано світло від зірок. Червоний колір показує, де випускаються фотони Лайман-альфа, а синій - де вони спостерігаються, тобто де вони виходять з галактик (кольори "складаються", тому, наприклад, білий колір означає, що присутні всі три кольори). Очевидно, що фотони Лайман-альфа не летять прямо до наших телескопів, а "затримуються" усередині галактик, доки врешті-решт не вирвуться доволі далеко, створюючи "ореол" світла Лайман-альфа в околицях галактик. Credit: Melinder et al. (2023)

"Ми бачимо той самий ефект у комп′ютерних симуляціях галактик з розрахунками того, як Лайман-альфа проходить через газоподібні хмари в міжзоряному просторі", - пояснює Пітер Лаурсен із Центру космічного світанку, який також брав участь у дослідженні. "Це підтверджує, що в нас є доволі добре теоретичне розуміння фізики".

Цей ефект важливо враховувати при спостереженні за далекими галактиками, де світло від околиць галактик занадто слабке, щоб його можна було виявити, або потрапляє за межі детекторів.

Кількісна оцінка цього ефекту буде корисна під час майбутніх спостережень найвіддаленіших і, отже, найбільш ранніх галактик:

"Ці результати допоможуть в інтерпретації спостережень дуже далеких, але схожих галактик, спостережуваних за допомогою космічних телескопів Габбла та Джеймса Вебба", - каже Меліндер. "Розуміння детальної астрофізики цього типу галактик має вирішальне значення для розробки теорій про те, як формувалися та еволюціонували перші галактики".

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

• Галактики