Радіо- та мікрохвилі розкривають справжню природу темних галактик у ранньому Всесвіті

Використовуючи кілька радіотелескопів по всьому світу, команда астрономів виявила галактики у ранньому Всесвіті, які через велику кількість пилу були приховані від нашого погляду.

Спостереження дозволили виміряти температуру та товщину пилу, продемонструвавши, що галактики цього типу зробили значний внесок у загальне зореутворення, коли вік Всесвіту становив лише 1/10 від його нинішнього, розповідають в Інституті Нільса Бора, передають OstanniPodii.com.

Вимірювання швидкості народження зірок у галактиках протягом космічного часу один з основних способів, яким астрономи описують властивості та еволюцію галактик.

Для оцінки цієї так званої швидкості зореутворення використовуються різні методи, які зазвичай залежать від світла, яке випромінюють або зорі, або матерія, що освітлюється зірками.

Космічний пил

Однак утворювані зорі мають тенденцію, своєю чергою, створювати пил — частинки, що складаються з важких елементів, таких як вуглець, кремній, кисень і залізо. Пил з'являється у вигляді щільних хмар у просторі між зорями з можливістю повністю приховати зорі від наших очей.

Це ускладнює визначення швидкості зореутворення, особливо в молодих галактиках зі "спалахом" зореутворення, де пил ще не встиг розсіятися далеко від компактних місць зореутворення.

Коли пил нагрівається зірками, він починає світитися довгохвильовим інфрачервоним світлом, яке, хоч і невидиме для людського ока, може бути виявлено телескопами, призначеними для спостереження на цих довжинах хвиль.

Але в компактних, оповитих пилом спалахах зореутворення ми бачимо лише поверхню хмар. Ці галактики невидимі не тільки в оптичних довжинах хвиль, що "сприймаються людиною", але і на початку інфрачервоного спектра, абсолютно темного навіть для космічного телескопа Хаббла.

Галактики на радіо

Група астрономів під керівництвом Шуовена Цзіня, постдока Марії Кюрі в Центрі космічного світанку, а також кілька інших учасників проєкту DAWN, вирішила поглянути на ранній Всесвіт на ще довших хвилях, використовуючи радіо/мікрохвильові антени двох найбільших у світі радіообсерваторій - Атакамський великий міліметровий масив (ALMA) у Чилі та Північний розширений міліметровий масив (NOEMA) у Франції.

Разом зі спостереженнями того ж поля на небі, отриманими за допомогою інших радіотелескопів, спостереження Цзіня виявили популяцію компактних галактик зі спалахом зореутворення, прихованих у дуже щільних хмарах пилу.

Шість різних видів однієї й тієї ж галактики (ID12646), побаченої менш ніж через мільярд років після Великого вибуху, на все довших хвилях (від верхнього зліва за годинниковою стрілкою: ближній інфрачервоний, ближній інфрачервоний, середній інфрачервоний, дальній інфрачервоний, мікрохвилі, радіохвилі). На перших двох зображеннях галактика показана — або, швидше, не показана — в ближньому інфрачервоному діапазоні; галактика зовсім невидима. Тільки при перегляді в довших хвилях галактику стає видно (credit: Shuowen Jin/Peter Laursen).

Проникаючи крізь хмари

Радіо- та мікрохвильові спостереження дозволили астрономам виміряти швидкість зореутворення та температуру пилу.

“У ці епохи, через 1-2 мільярди років після Великого вибуху, подібні галактики робили значний внесок у загальну швидкість зореутворення у Всесвіті, але залишалися непоміченими під час оптичних та ближніх інфрачервоних спостережень”, - каже Шуовен Цзінь.

Дослідження пояснює, чому ці галактики такі темні в оптичному та інфрачервоному діапазонах: “Оскільки пилові хмари настільки товсті та щільні, оптичне та ближнє інфрачервоне світло не може пройти крізь них. Навіть далеке інфрачервоне світло частково поглинається”, - пояснює Шуовен Цзінь.

Спостереження показують не тільки пил, а й молекули монооксиду вуглецю (CO), змішані всередині хмар. Випромінюване світло може допомогти астрономам визначити ще одну важливу характеристику галактик, а саме масу всього газу в галактиці. Однак один з ключових результатів роботи Цзіня та його колег полягає в тому, що стандартний спосіб визначення маси газу за емісією CO є помилковим:

Спостережуване світло випромінюється з поверхонь пилових хмар. Типові моделі не враховують, що світло блокується всередині хмар, змінюючи свою довжину хвилі перед виходом назовні. Врахування цього ефекту має досить радикальні наслідки:

“Наша модель враховує той факт, що навіть інфрачервоне світло не виходить безпосередньо з центру пилових хмар. Це показує нам, що попередні оцінки маси газу були завищені у 2-3 рази в компактних, запилених, зореутворювальних галактиках”, - пояснює Шуовен Цзінь.

Дослідження було прийнято до публікації в журналі Astronomy & Astrophysics. Препринт доступний на сайті arXiv.org.

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