Понять дальние галактики астрономам поможет слежение за локальными

Чтобы лучше понять наблюдения за самыми дальними галактиками, международная группа астрономов создала выборку из локальных, которые можно изучать гораздо детальнее. Исследователи показали, как количество света, исходящего из галактики, связано с ее физическими свойствами.

Как рассказывают в Институте Нильса Бора, результат имеет значение для того, как мы интерпретируем наблюдения за галактиками в ранней Вселенной.

Одним из наиболее информативных способов изучения галактик в ранней Вселенной является особый тип ультрафиолетового света, называемый "Лайман-альфа" (в серии Лаймана -- спектральная линия водорода, или, в общем случае, атома с одним электроном, которая возникает при переходе электрона между вторым и первым уровнями). Этот свет испускается газом вокруг самых горячих звезд, поэтому он особенно хорошо подходит для наблюдений за галактиками с высокой степенью звездообразования.

Однако, в отличие от других типов света, точная длина волны и направление движения зависят от многих физических процессов внутри и снаружи галактик. Свет Лайман-альфа не просто идет прямо к нашим телескопам, а проходит сложный путь от галактики.

На своем пути он проходит через регионы с различными физическими условиями, которые влияют не только на путь отдельных частиц света, но и на изменение длины волны и даже на поглощение неопределенной части света.

Некоторые регионы более горячие, некоторые более запыленные, некоторые имеют сильные потоки газовых облаков и тому подобное. Все эти физические условия делают довольно сложной интерпретацию видимого нами света Лайман-альфа. С другой стороны, при правильной интерпретации вознаграждение оказывается значительным, именно потому, что мы можем узнать о физике галактики.

Слежение за нашими соседями

Галактики в далекой Вселенной тусклые и маленькие, и поэтому их особенно трудно наблюдать. По этой причине международная группа астрономов поставила себе цель создать "эталонную" выборку галактик, которые находятся по соседству с нами. Хотя они все еще удалены от нас на сотни миллионов световых лет, они находятся достаточно близко, чтобы их можно было изучать в мельчайших подробностях с помощью множества различных телескопов по всему миру и в космосе.

Эта так называемая Эталонная выборка Лайман-альфа, или LARS, показала множество интересных свойств галактик, которые являются чрезвычайно полезными при наблюдении за более удаленными галактиками.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале The Astrophysical Journal Supplement Series, астрономы выяснили, какая часть света Лайман-альфа идет из галактики, и коррелирует ли эта доля с различными физическими свойствами галактики.

"Благодаря новым наблюдениям мы установили связь между тем, сколько Лайман-альфа идет из галактик, и некоторыми физическими свойствами этих галактик", - объясняет первый автор исследования, старший научный сотрудник Стокгольмского университета Йенс Мелиндер.

"Например, существует четкая корреляция между количеством космической пыли в галактике и тем, сколько Лаймана она выпускает. Этого следовало ожидать, поскольку пыль поглощает свет, но теперь мы оценили этот эффект количественно", - добавил он.

Астрономы также обнаружили связь между уходящим светом и общей массой всех звезд в галактике, хотя и менее явную. С другой стороны, другие свойства, такие как количество образуемых галактикой новых звезд, не коррелируют с количеством Лайман-альфа, которое уходит из галактики.

Соответствие теоретическим моделям

Еще одним интересным результатом является то, что галактики, наблюдаемые в Лайман-альфа, кажутся значительно больше, чем при наблюдении на других длинах волн. Этот эффект наблюдался и раньше и соответствует теоретическим ожиданиям.

Две галактики из выборки LARS, наблюдаемые здесь через фильтры, усиливающие определенные физические процессы. Зеленым цветом показан свет от звезд. Красный цвет показывает, где испускаются фотоны Лайман-альфа, а синий - где они наблюдаются, то есть где они выходят из галактик (цвета "складываются", поэтому, например, белый цвет означает, что присутствуют все три цвета). Очевидно, что фотоны Лайман-альфа не летят прямо к нашим телескопам, а "задерживаются" внутри галактик, пока в конце концов не вырвутся довольно далеко, создавая "ореол" света Лайман-альфа в окрестностях галактик. Credit: Melinder et al. (2023)

"Мы видим тот же эффект в компьютерных симуляциях галактик с расчетами того, как Лайман-альфа проходит через газообразные облака в межзвездном пространстве", - объясняет Питер Лаурсен из Центра космического рассвета, который также участвовал в исследовании. "Это подтверждает, что у нас есть довольно хорошее теоретическое понимание физики".

Этот эффект важно учитывать при наблюдении за далекими галактиками, где свет от окрестностей галактик слишком слаб, чтобы его можно было обнаружить, или попадает за пределы детекторов.

Количественная оценка этого эффекта будет полезна во время будущих наблюдений самых отдаленных и, следовательно, самых ранних галактик:

"Эти результаты помогут в интерпретации наблюдений очень далеких, но похожих галактик, наблюдаемых с помощью космических телескопов Хаббла и Джеймса Уэбба", - говорит Мелиндер. "Понимание детальной астрофизики этого типа галактик имеет решающее значение для разработки теорий о том, как формировались и эволюционировали первые галактики".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.