Ученые объяснили, что стало причиной гибели галактик в ранней Вселенной

Фото из открытых источников

Галактики на заре Вселенной являются строительными блоками для более современных галактик. Они начинались как небольшие «клочки» вещества, которые со временем сливались, образуя более крупные. Именно поэтому астрономы используют такие обсерватории, как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), для изучения молодой Вселенной. Свет от этих ранних объектов появляется в инфракрасной части спектра, которую и способен наблюдать JWST.

В последние годы телескоп JWST также обнаружил массивные, спокойные галактики в период, когда космосу было около 1-2 миллиардов лет. Это период, когда началось формирование галактик, а также столкновения, которые способствовали образованию более крупных галактик с течением времени. Спокойные галактики не мертвы, и есть множество свидетельств того, что галактики переживали периоды звездообразования, прежде чем затихнуть. Таким образом, главный вопрос: что же отключает вспышку звездообразования, оставляя после себя галактики с низкой активностью после первых вспышек звездообразования? Астрономы предложили несколько идей о причинах, включая раннюю активность темной энергии, которая привела к быстрому росту некоторых галактик и их ранней гибели.

Оказывается, виновником является «ветер», подавляющий активность галактик и возникающий в некоторых из них, что 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 галактики сталкиваются друг с другом, этот космический танец запускает мощные вспышки звездообразования. Группа астрономов из Университета Суинберна изучала галактику под названием CRISTAL-02, используя телескоп JWST и радиотелескоп Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Целевая галактика выглядит так, как она существовала через миллиард лет после Большого взрыва и переживала период быстрого роста. На самом деле в этом столкновении участвует более чем одна галактика, что делает сцену еще более интересной. Обычно во время подобных столкновений галактик газ течет к центру. Именно это запускает вспышку звездообразования, наблюдаемую во многих таких столкновениях.

Основываясь на истории столкновений и вспышках звездообразования, группа исследователей под руководством Ребекки Дэвис написала исследование, предлагающее простой процесс: галактика переживает огромный период звездообразования, который запускает не только рост, но и разрушительный звездный ветер, прекращающий дальнейший рост. «Плотные области Вселенной похожи на очень активные города», — сказала Дэвис. «Галактики сталкиваются и переживают безумные вспышки звездообразования. Но когда самые большие звезды сгорают, они взрываются как сверхновые, выбрасывая мощные ветры, которые уносят тот самый газ, который необходим галактикам для дальнейшего звездообразования».

По всей видимости, в целевой галактике звездообразование происходит в два раза быстрее, чем в других подобных галактиках в сопоставимые эпохи космического времени. Ключом к пониманию происходящего является поток холодного газа, отходящий от CRISTAL-02. Это зародышевый материал для звезд и признак того, что что-то отталкивает газ от галактики. «В галактике мощный звездный ветер, который выбрасывает вещество в два раза быстрее, чем в галактике происходит звездообразование», — добавила Дэвис. «Если этот быстрый выброс продолжится, галактика может погибнуть менее чем через 50 миллионов лет, что объясняет происхождение загадочных массивных мертвых галактик в ранней Вселенной».

По словам Дэвис, активность звездообразования в CRISTAL-02 и последующее прекращение этого процесса дают правдоподобное объяснение загадке того, почему многие ранние галактики жили быстро и умирали молодыми. «Почти половина ранних массивных галактик взаимодействует с другими близлежащими галактиками, что говорит о том, что это не случайность, а широко распространенное космическое явление», — сказала она. «Если многие ранние галактики сталкиваются и переживают быстрый рост, то, возможно, неудивительно, что мы видим так много мертвых галактик в ранней Вселенной».

Наблюдения CRISTAL-02 приведут к дополнительным исследованиям с использованием телескопа JWST. В частности, астрономы захотят изучить пылевые области галактики, помимо газового шлейфа. Эти исследования должны пролить новый свет на области звездообразования, питаемые газом, и на то, как слияния галактик влияют на участвующие в них галактики. Открытие также подчеркивает важность переоценки моделей, которые ранее недооценивали разнообразие и сложность ранних галактик. Интегрируя наблюдения, подобные тем, что были получены с помощью CRISTAL-02, астрономы смогут усовершенствовать модели, чтобы они лучше соответствовали хаотичной, динамичной реальности раннего космоса.

В своей статье группа исследователей предлагает провести дальнейшие углубленные наблюдения ранних галактик для изучения их оптического излучения и содержания нейтрального газа. Они указывают на CRISTAL-02 как на первый шаг в выявлении других галактик, уничтожаемых звездообразующими ветрами. Эта галактика едва различима в спектрах JWST. Наряду с более глубокими наблюдениями, астрономам следует более детально изучить области звездообразования на высоких красных смещениях в этих целевых галактиках, чтобы проверить, насколько убедительно объяснение оттока вещества, вызванного слияниями.