Звёздный ветер является причиной множества мёртвых галактик в ранней Вселенной

Фото из открытых источников

Этот парадокс годами находится в поле зрения астрофизиков: наблюдения за ранней Вселенной показывают наличие множества массивных и уже инертных галактик, значительно превосходящих по размерам те, которые предсказывают традиционные модели космической эволюции.

Международная группа исследователей только что представила решение, которое, вместо того чтобы прибегать к экзотическим модификациям известной физики, указывает на механизм столь же мощный, сколь и эффективный: межзвездные ветры, возникающие в результате столкновений галактик, способные извлечь из галактики весь газ, необходимый для рождения новых звезд.

В работе, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, используются данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и радиотелескопа ALMA для отслеживания галактики, расположенной через миллиард лет после Большого взрыва , названной CRISTAL-02 , которая в настоящее время лишается своего звездного топлива под воздействием исключительно мощного звездного ветра.

Исследование, проведенное под руководством Ребекки Дэвис из Технологического университета Суинберна в Мельбурне совместно с Деанной Фишер, было посвящено наблюдению за галактикой, которая, в космическом масштабе, живет в бешеном темпе. CRISTAL-02 образует звезды вдвое быстрее, чем другие галактики того же размера, и этот факт сразу же привлек внимание исследователей.

Но изображения, полученные с помощью высокочувствительных технологий, выявили неожиданную структуру: огромный шлейф холодного газа, простирающийся от галактики и достигающий длины, почти равной длине самой галактики. Этот шлейф, как объясняют авторы, является безошибочным признаком того, что газ выбрасывается в межгалактическую среду мощным ветром.

Дэвис обобщает результаты исследования точной цифрой: в галактике настолько мощный звездный ветер, что он выбрасывает вещество вдвое быстрее, чем сама галактика образует звезды. Если такая скорость выброса сохранится, расчеты будут безжалостными: менее чем через 50 миллионов лет CRISTAL-02 потеряет весь газ, необходимый для дальнейшего звездообразования, превратившись в то, что астрономы называют «мертвой» галактикой.

Этот временной промежуток, хотя и длительный по человеческим меркам, — мгновение ока в масштабах ранней Вселенной, и он идеально соответствует необходимости объяснить, как могли появиться массивные и уже неактивные галактики, когда космосу было едва миллиард лет.

До 2022 года, когда телескоп JWST начал передавать первые четкие изображения далекой Вселенной, теоретические модели не предсказывали такого обилия мертвых галактик в столь ранние эпохи. С тех пор было предложено несколько гипотез для объяснения этого несоответствия.

Одно из них, особенно поразительное, предполагает, что тёмная энергия в прошлом могла быть гораздо интенсивнее, чем предсказывают современные теории, тем самым ускоряя цикл рождения и смерти галактик. Однако новое исследование предлагает более простую интерпретацию, основанную на уже известных астрофизических процессах: галактические ветры, порождаемые той же бурной активностью, которая приводит к быстрому росту этих галактик.

Ключ кроется в среде, в которой находится CRISTAL-02. Эта галактика, далёкая от того, чтобы быть изолированным образованием, на самом деле представляет собой множественную систему, группу галактик на заключительных стадиях космического столкновения. Дэвис сравнивает эти регионы с «очень активными городами», где галактики сталкиваются друг с другом и переживают безумные вспышки звездообразования.

Когда самые массивные звезды в этих вспышках исчерпывают свое топливо, они взрываются как сверхновые, и эти взрывы порождают ветры, способные уносить межзвездный газ. Таким образом, сам процесс, позволяющий ускоренный рост галактики — накопление газа во время столкновения — в конечном итоге запускает ветры, которые обрекают ее на преждевременную гибель.

Исследователи подчеркивают, что это явление не является локальной редкостью. Данные, полученные с помощью телескопов JWST и ALMA, указывают на то, что почти половина массивных галактик в ранней Вселенной взаимодействует с другими близлежащими галактиками. Это говорит о том, что мы наблюдаем не аномалию, а широко распространенное космическое явление, — говорит Дэвис.

Если так много примитивных галактик подвергаются столкновениям и периодам взрывного роста, то неудивительно, что телескопы обнаруживают такое большое количество уже мертвых галактик в эти эпохи. Сама CRISTAL-02 является моделью этого цикла: короткий и мощный всплеск звездообразования, за которым следует звездный ветер, уносящий оставшееся топливо и оставляющий после себя галактический труп.

Данное исследование дает эмпирическое объяснение наблюдаемому расхождению, которое грозило поставить под сомнение основы современной космологии, и подтверждает роль галактических ветров как центральных факторов, определяющих судьбу галактик.

Научное сообщество долгое время считало эти ветры главными подозреваемыми в массовых смертях, но прямые наблюдательные доказательства — шлейф холодного газа длиной с саму галактику, выбрасываемый со скоростью, вдвое превышающей скорость звездообразования, — оставались недоступными до тех пор, пока объединенная чувствительность телескопов JWST и ALMA не позволила получить достоверные данные.

В заключение работы говорится, что CRISTAL-02 предлагает естественное решение загадки тех галактик, которые, по словам доктора Дэвиса, живут быстро и умирают молодыми. Остается выяснить, следуют ли все сталкивающиеся системы одной и той же схеме или существуют вариации в интенсивности и продолжительности ветров, но впервые астрономы получили прямое изображение разрушительного для галактик ветра в действии, именно в ту эпоху, когда теории нуждались в ответах.

Ранняя Вселенная, отнюдь не являвшаяся спокойным местом, предстает как стадия столкновений и взрывов, где жизнь в галактике может исчезнуть всего за пятьдесят миллионов лет, унесенная собственным ветром.