Некоторые ранние массивные галактики работают вхолостую

Когда Вселенной было около 3 миллиардов лет - всего 20% от ее текущего возраста - она пережила самый плодотворный период рождения звезд в своей истории. Но когда космический телескоп "Хаббл" и Атакамский большой миллиметровый/субмиллиметровый массив (ALMA) на севере Чили посмотрели на космические объекты этого возраста, они обнаружили нечто странное: шесть ранних, массивных, "мертвых" галактик, у которых закончился холодный водородный газ, необходимый для создания звезд.

Не имея больше топлива для образования звезд, эти галактики буквально работали вхолостую, рассказывают в НАСА. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Эти изображения являются составными изображениями от космического телескопа Хаббл и Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового массива. Здесь в ячейках и их увеличениях показаны две из шести дальних массивных галактик, в которых, как обнаружили ученые, звездообразование прекратилось из-за истощения источника топлива – холодного водородного газа. Хаббл вместе с ALMA нашел эти странные галактики, когда они объединили усилия с "естественной линзой" в космосе, созданной массивными галактическими скоплениями на переднем плане. Гравитация скоплений растягивает и усиливает свет фоновых галактик в эффекте, называемом гравитационным линзированием. Это явление позволяет астрономам использовать массивные скопления галактик как природные увеличительные стекла для изучения деталей в дальних галактиках, которые иначе было бы невозможно увидеть. Желтый цвет – сияние звездного света. Искусственный фиолетовый цвет изображает холодную пыль от наблюдений ALMA. Эта холодная пыль используется как косвенный показатель наличия холодного водородного газа, необходимого для образования звезд. Даже с учетом чувствительности ALMA ученые не обнаружили пыль в большинстве из шести галактик, попавших в выборку. Одним из примеров является MRG-M1341 в верхнем правом углу. Она выглядит искаженной через оптические эффекты линзирования. В противовес этой галактике, фиолетовое пятно слева от нее является примером галактики, богатой пылью и газом. Одним из примеров выявления ALMA холодной пыли является галактика MRG-M2129 внизу справа. В этой галактике только пыль и газ в самом центре. Это говорит о том, что звездообразование могло прекратиться от окраин вглубь галактики. ′Credits: NASA, Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

"В этот момент в нашей Вселенной все галактики должны формировать много звезд. Это пиковая эпоха звездообразования", - пояснила ведущий автор работы Кейт Уитакер, доцент кафедры астрономии в Университете Массачусетса в Амхерсте. Уитакер также является доцентом Центра "Космический рассвет" в Копенгагене, Дания. "Так что произошло со всем холодным газом в этих галактиках так рано?"

Это исследование является классическим примером гармонии между наблюдениями Хаббла и ALMA. Хаббл определил, где в галактиках существуют звезды, показывая, где они образовались в прошлом. Выявление ALMA холодной пыли, которая служит косвенным показателем холодного водородного газа, показало астрономам, где звезды могут образоваться в будущем, если будет достаточно топлива.

Использование естественных телескопов

Исследование этих ранних, далеких, мертвых галактик было частью программы, получившей соответствующее название REQUIEM - расшифровывается как "Решение вопроса о спокойных увеличенных галактиках" при высоком красном смещении. (Красное смещение происходит, когда свет растягивается вследствие расширения пространства и выглядит смещенным в сторону красной части спектра. Чем дальше галактика расположена по отношению к наблюдателю, тем краснее она кажется.)

Команда REQUIEM использует чрезвычайно массивные скопления галактик переднего плана как природные телескопы. Огромная гравитация галактических скоплений деформирует пространство, выгибая и увеличивая свет от фоновых объектов. Когда за таким скоплением располагается ранняя, массивная и очень далека галактика, она выглядит сильно растянутой и увеличенной, что позволяет астрономам изучать детали, которые иначе было бы невозможно увидеть. Это называется "сильное гравитационное линзирование".

Только объединив изысканное разрешение Хаббла и ALMA с этим сильным линзированием, команда REQUIEM смогла понять процесс формирования этих шести галактик, которые выглядят так же, как и через несколько миллиардов лет после Большого взрыва.

"Используя сильное гравитационное линзирование в качестве естественного телескопа, мы можем найти дальние, самые массивные и первые галактики, которые прекратили свое звездообразование", - сказала Уитакер. "Мне нравится думать об этом, как о науке 2030-х или 40-х годов – с мощными космическими телескопами следующего поколения – но сегодня вместо этого, сочетая возможности Хаббла и ALMA, которые усиливаются благодаря сильному линзированию".

"REQUIEM собрал крупнейшую на сегодня выборку из этих редких, сильно линзированых, мертвых галактик в ранней Вселенной, и ключевым фактором здесь является сильное линзирование", - сказал Мохаммад Ахшик, главный исследователь программы наблюдений Хаббла. "Оно усиливает свет на всех длинах волн, поэтому его легче обнаружить, и вы также получаете более высокое пространственное разрешение, когда эти галактики растянуты по небу. По сути вы можете видеть их изнутри в гораздо более деликатных физических масштабах, чтобы понять, что происходит."

Жить быстро, умереть молодым

Эти виды мертвых галактик, похоже что, не омолаживаются, даже в результате более поздних незначительных слияний и присоединений ближайших небольших галактик и газа. Поглощая все вокруг себя, галактики в основном просто "раздуваются". Если звездообразование снова восстановится, Уитакер описывает его "своего рода глазированием". Примерно через 11 миллиардов лет, в современной Вселенной, эти ранние компактные галактики, как считается, эволюционировали в более крупные, но все еще мертвые с точки зрения любого нового звездообразования.

Эти шесть галактик прожили быструю и безумную жизнь, создав свои звезды за чрезвычайно короткое время. Почему они так рано прекратили звездообразование - это еще загадка.

Уитакер предлагает несколько возможных объяснений: "Включилась ли сверхмассивная черная дыра в центре галактики и нагрела весь газ? Если да, то газ все еще мог бы быть, но сейчас он горячий. Может он был изгнан, и теперь ему не позволяют снова аккрециироваться на галактику. Или галактика просто все использовала, а поставки прекратились? Вот некоторые из открытых вопросов, которые мы продолжим изучать с новыми наблюдениями в будущем".

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

• Галактики
• Звездообразование в галактиках
• гравитационное линзирование