Астрономы разгадали тайну рождения сверхплотных выгоревших эллиптических галактик

:  Астрономы, объединив возможности космического телескопа Хаббл, инфракрасных космических телескопов Гершель и Спитцер, а также нескольких наземных телескопов, восстановили целостную картину истории формирования наиболее массивных галактик во Вселенной, от момента первоначального всплеска бурного звездообразования в них, дальнейшего формирования звездных ядер высокой плотности и до финального превращения их гигантские галактики – эллипсы. Исследователям удалось разгадать тайну десятилетней давности, ответив на вопрос, каким образом сверхплотные эллиптические галактики достигли гигантских размеров, прекратив зведообразование уже в раннюю эпоху Вселенной, через 3 млрд. лет от ее рождения. В это время большинство галактик находились в детском возрасте, и прежде чем они достигли значительных размеров, процесс рождения звезд продолжался в них на протяжении всего времени с момента рождения Вселенной, то есть в течение 13,8 млрд. лет.

Во время исследования была окончательно установлена прямая связь сверхплотных эллиптических галактик с другой ранней популяцией пыльных галактик со вспышками звездообразования. После того, как прекращался процесс звездообразования в этих галактиках, рост их происходил путем слияния, таким образом, они в конечном итоге превратились в гигантские сверхплотные эллипсы, которые сегодня наблюдают астрономы.

Впервые за всю историю исследований астрономами были собраны репрезентативные образцы спектроскопии двух популяций галактик с использованием богатого набора данных COSMOS программы Хаббла, чтобы восстановить эволюционную последовательность для сверхплотных выгоревших галактик, о чем сообщил Суне Тофт из Центра Темной Космологии при Институте Нильса Бора в Копенгагене.

Тофт сказал, что наконец-то стало известно, как эти сжатые галактики могли образоваться, каким образом и когда это произошло. По его словам, удалось найти недостающий элемент в понимании того, как самые массивные галактики во Вселенной формировались и эволюционировали в гигантские галактики – эллипсы, которые можно увидеть сегодня. Большой загадкой в течение долгих лет оставалось то, каким образом уже через 3 млрд. лет после Большого Взрыва около 50% самых массивных галактик Вселенной перестали рождать звезды.

Кроме того, астрономов удивляла огромная плотность звезд в этих массивных, исчерпавших себя галактиках в сравнении с похожими эллиптическими галактиками, которые ученые наблюдают в ближайшей Вселенной. В них звезды расположены от 10 до 100 раз плотнее, чем в молодых галактиках. Тофт сказал, что такая плотность характерна для шаровых скоплений, но не для галактик крупных масштабов.

Складывая воедино этапы развития сверхплотных массивных галактик, сохраняя эволюционную последовательность, Тофт определил их предшественников. Ими оказались маленькие галактики, которые начали свое существование, когда Вселенной исполнилось только 1-2 млрд. лет. Они скрыты под толстым одеялом пыли, которое делает их незаметными в оптическом диапазоне, но ученым удалось увидеть их яркое свечение на субмиллиметровых волнах при помощи телескопа Джеймса Клерка Максвелла, установленного на Гавайях. В пыльных галактиках астрономы наблюдали процесс бурного звездообразования, который по их оценкам протекал в тысячи раз быстрее, чем происходит рождение звезд в нашем Млечном Пути.

Судя по всему, бурное звездорождение возникает во время столкновения двух переполненных газом галактик. Тофт объясняет, что при их столкновении весь газ концентрируется в центре системы, где возникает новый очаг звездообразования, поэтому множество образующихся звезд скапливаются в центре и галактика становится очень плотной. Но при этом газ в очаге формирования новых звезд расходуется на редкость быстро, что приводит к образованию «мертвой» или выгоревшей галактики. Согласно расчетам при такой интенсивности звездообразование может длиться не более 40 лет, после чего межзвездный газ будет исчерпан.

Группа ученых создала первую репрезентативную выборку сверх плотных выгоревших галактик с точными размерами и расстояниями, измеренными благодаря Космической Ассамблее ближнего инфракрасного глубокого обследования внегалактического наследия (CANDELS) и программы 3D-HST космического телескопа Хаббла. 3D-HST – ближнее инфракрасное спектроскопическое исследование Хаббла для изучения физических процессов при формировании галактик в далекой Вселенной. Астрономы объединили эти данные с данными наблюдений космического телескопа Спитцер и Subaru на Гавайях. Это позволило сделать точную оценку звездного возраста и прийти к выводу, что сверхплотные галактики были сформированы во время бурных вспышек звездообразования в очень раннюю эпоху Вселенной примерно 1-2 млрд. лет от ее рождения.

Затем учеными была сделана репрезентативная выборка самых отдаленных субмиллиметровых галактик на основании данных космических телескопов Хаббла, Спитцера и Гершеля, а также наземных телескопов Субару и Джеймса Клерка Максвелла и субмиллиметрового радиотелескопа Submillimeter Array (SMA). Мультиспектральные данные в диапазоне от оптического спектра до субмиллиметровых волн позволили получить полный набор информации о галактиках с пыльной оболочкой, представленных в ранней Вселенной: их размерах, звездных массах, скорости звездообразования, точных расстояниях и содержании в них пыли.

Команда Тофта сравнила выборки этих двух популяций галактик и обнаружила связь между сверхплотными галактиками – эллипсами и пыльными галактиками, существовавшими в период 1-2 млрд. лет от рождения Вселенной. Наблюдения показали, что активное насильственное звездообразование в более ранних галактиках имели те же самые характеристики, которые можно было бы предположить у предшественников гигантских эллиптических галактик. В этом случае с учетом того, что звездного газа при такой активности процесса звездорождения хватает всего на 40 млн. лет, можно легко объяснить, почему в этих галактиках уже давно не происходит образования звезд.

comments powered by HyperComments

Также читайте