Что убивает галактики в ранней Вселенной?

Галактики, возникшие в самом начале формирования Вселенной, являются основой для более современных галактик. Эти объекты начинали своё существование как небольшие "фрагменты" материи, которые со временем сливались, образуя более крупные структуры. Именно поэтому астрономы используют обсерватории, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), чтобы исследовать молодую Вселенную. Свет от этих ранних объектов попадает в инфракрасную часть спектра, что как раз соответствует диапазону, на который настроен JWST.

В последние годы JWST также обнаружил массивные, спокойные галактики в период, когда космосу было около 1-2 миллиардов лет. Это время, когда активно происходило формирование галактик, а также столкновения, способствующие образованию более крупных структур. Спокойные галактики не являются мёртвыми; существует множество свидетельств того, что они пережили всплески звездообразования, прежде чем стать тихими. Основной вопрос заключается в том, что же отключает активность звездообразования, оставляя после себя галактики с минимальной активностью после первых всплесков? Астрономы выдвинули несколько теорий, включая раннюю активность тёмной энергии, которая могла способствовать быстрому росту некоторых галактик и их ранней гибели.

Это изображение показывает небольшую часть поля, наблюдаемого с помощью NIRCam (ближайшая инфракрасная камера) космического телескопа Джеймса Уэбба в рамках научного исследования Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Поле заполнено галактиками. Некоторые из них выглядят так, будто они выросли настолько быстро и стали настолько массивными, что симуляции не смогли бы это учесть. Однако новое исследование показывает, что некоторые из этих ранних галактик на самом деле гораздо менее массивные, чем они казались. Чёрные дыры в некоторых из этих галактик делают их гораздо ярче и больше, чем они есть на самом деле. Галактики, такие как CRISTAL-02, выглядят удивительно тихими по сравнению с их более яркими и активными аналогами. Courtesy NASA, ESA, CSA, S. Finkelstein (University of Texas)

Ответ кроется в ветрах

Выясняется, что причиной этого является "ветер", который гасит галактики и объясняет, почему астрономы наблюдают множество спокойных и массивных галактик в ранней Вселенной. Считается, что этот ветер возникает во время столкновений галактик. Когда две или более галактик сталкиваются, это космическое взаимодействие вызывает огромные всплески звездообразования. Команда астрономов из Университета Свинберна изучила галактику CRISTAL-02, используя JWST и радиотелескоп ALMA.

Целевая галактика представлена такой, какой она была через миллиард лет после Большого взрыва, и в это время она переживала период быстрого роста. На самом деле в этом столкновении участвует не одна галактика, что делает ситуацию ещё более интересной. Обычно во время таких встреч газа течёт к центру взаимодействия, что и вызывает активность звездообразования, наблюдаемую во многих таких столкновениях.

Основываясь на истории столкновений и всплесках звездообразования, команда, возглавляемая Ребеккой Дэвис, написала исследование, предлагающее простую модель: галактика переживает огромный период звездообразования, который вызывает не только рост, но и ветер, убивающий галактику, останавливающий дальнейший рост. "Плотные регионы Вселенной подобны очень активным городам", — отметила Дэвис. "Галактики сталкиваются и проходят через бурные всплески звездообразования. Но когда самые большие звёзды сгорают, они взрываются как сверхновые, запускающие мощные ветры, которые выметают тот газ, который галактики нуждаются для продолжения формирования звёзд."

О CRISTAL-02

Целевая галактика, похоже, образует звёзды вдвое быстрее, чем другие аналогичные галактики в сопоставимые эпохи космического времени. Подсказка о том, что происходит, заключается в облаке холодного газа, уносящегося от CRISTAL-02. Это материал, необходимый для формирования звёзд, и указание на то, что что-то выталкивает газ из галактики. "У галактики есть мощный ветер, который выбрасывает материал вдвое быстрее, чем галактика образует звёзды", — добавила Дэвис. "Если этот быстрый выброс продолжится, галактика может погибнуть менее чем за 50 миллионов лет, что объясняет происхождение загадочных массивных мёртвых галактик в ранней Вселенной."

Концепция художника о газовых облаках, питающих области звездообразования в ранних галактиках. Массивные звёзды, формирующиеся в этих областях, живут быстро и умирают молодыми, а их ветры от сверхновых могут выбрасывать и уничтожать любые другие газовые облака поблизости. Это останавливает звездообразование. Courtesy NASA.

Активность звездообразования CRISTAL-02 и последующее гашение звездообразования предлагают правдоподобное объяснение загадки, почему многие ранние галактики жили быстро и рано погибли, согласно Дэвис. "Почти половина ранних массивных галактик взаимодействует с другими близлежащими галактиками, что указывает на то, что это не случайность, а широко распространённое космическое явление", — сказала она. "Если многие ранние галактики сталкиваются и переживают быстрый рост, то может не быть удивительным, что мы наблюдаем так много мёртвых галактик в ранней Вселенной."

Наблюдения CRISTAL-02 приведут к дополнительным исследованиям с использованием JWST. Астрономы захотят изучить пылевые регионы галактики, помимо газового облака. Эти исследования должны пролить новый свет на области звездообразования, питаемые газом, и на то, как слияния, которые переживают галактики, влияют на участвующие объекты. Это открытие также подчеркивает важность переоценки симуляций, которые ранее недооценивали разнообразие и сложность ранних галактик. Интегрируя наблюдения, подобные CRISTAL-02, астрономы могут уточнить модели, чтобы лучше соответствовать хаотичной, динамичной реальности ранней Вселенной.

В своей статье команда предлагает проводить дальнейшие глубокие наблюдения ранних галактик для изучения их оптических эмиссий и содержания нейтрального газа. Они указывают на CRISTAL-02 как на первый шаг в идентификации других галактик, уничтожаемых звездообразующими ветрами. Она была едва заметна в спектрах JWST. В дополнение к более глубоким наблюдениям астрономы должны подробнее изучить области звездообразования с высоким красным смещением в этих целях, чтобы выяснить, насколько прочна гипотеза о выбросах, вызванных слияниями.