В плотных скоплениях галактик действуют механизмы, подавляющие звездообразование

Фото из открытых источников

В Млечном Пути множество областей звездообразования, и они представляют собой одни из самых впечатляющих зрелищ в галактике. В этих областях мощный свет от массивных молодых звезд формирует и насыщает газ энергией, превращая его в светящиеся скопления нитей и клубящихся облаков. Астрономы внимательно изучают их, и астрофотографы разделяют их энтузиазм.

Одна из самых известных областей звездообразования — это потрясающая туманность Ориона, запечатленная во всей красе космическими телескопами, такими как «Хаббл» и JWST, а также астрофотографами на Земле. Большинство из нас видели хотя бы некоторые из этих изображений, пусть даже мельком.

Несмотря на наличие множества областей звездообразования, в Млечном Пути ежегодно образуется всего около 6 или 7 новых звезд. Это ничтожно мало по сравнению с пиком звездообразования в космосе, который наблюдался около 10 миллиардов лет назад. Этот период времени называется Космическим Полднем, и в ту эпоху звездообразование было в 30 раз выше, чем сегодня, по всей Вселенной, включая Млечный Путь.

Но всё изменилось.

Темпы звездообразования резко замедлились, и сегодня они упали примерно на 97%. Что вызвало это снижение темпов звездообразования? Звезды образуются из холодного, плотного газа, поэтому с газом что-то должно было произойти.

Астрономы знают, что воздействие окружающей среды играет ведущую роль в уменьшении запасов газа и замедлении звездообразования как внутри галактик, так и между галактиками в группах. Звездные ветры могут уносить газ, а астрофизические струи от активных галактических ядер (АГЯ) могут нагревать газ и рассеивать его. Существуют и другие типы разрушений, такие как отрыв газа в результате слияния галактик и деформации галактик от тех же слияний. Иногда галактики могут сливаться, и газ может рассеиваться в космосе в виде приливных хвостов. В других случаях галактический звездообразующий газ нагревается в результате взаимодействия с гораздо более горячей межгалактической средой или даже отрывается в результате этих столкновений.

Поскольку большинство галактик существуют в составе групп галактик, исследователи пытаются понять причины снижения звездообразования в этих средах. Однако измерения запасов газа в группах галактик проводятся редко.

Новое исследование, которое будет опубликовано в журнале Astronomy and Astrophysics, измерило, как запас молекулярного газа, сырья для звездообразования, формируется под влиянием окружающей среды галактики в плотных скоплениях. Статья называется «Исследование содержания молекулярного газа в галактиках в сверхплотной группе на z~0,7: тестовый пример для подавления звездообразования под воздействием окружающей среды», а ведущим автором является Джонатан Фройндлих из Страсбургской астрономической обсерватории (ObAS). Работа посвящена далекой группе галактик под названием COSMOS-Gr30.

Когда астрономы хотят исследовать молекулярный водород (H2), сырье для образования звезд, они сталкиваются с препятствием. Несмотря на то, что H2 является самой распространенной молекулой в межзвездной среде и основным компонентом гигантских молекулярных облаков (ГМО), где образуются звезды, его практически невозможно обнаружить в радиодиапазоне. Поскольку для образования звезд необходим холодный газ, радиодиапазон является способом его наблюдения. Астрономы используют тот факт, что оксид углерода (CO) является вторым по распространенности компонентом ГМО, и наблюдают его как заменитель H2. В частности, они измеряют так называемые CO(2-1)-излучения, которые появляются, когда CO меняет свое энергетическое состояние и испускает фотон с радиоуровнем энергии. Затем они используют стандартный коэффициент преобразования между H2 и CO, чтобы преобразовать наблюдения CO в наблюдения H2.

Именно этим они и занимались в данном исследовании, посвященном COSMOS-Gr30, исключительно плотной группе галактик.

«Мы исследовали влияние групповой среды на резервуары молекулярного газа на промежуточном красном смещении, наблюдая излучение CO(2-1) от группы галактик COSMOS-Gr30 на z∼0,7 с помощью Северного расширенного миллиметрового массива (NOEMA) Института миллиметровой радиоастрономии (IRAM) и 30-метрового телескопа», — пишут авторы. Это очень плотная среда, где пересекаются массивные космические нити, образуя крупную структуру ионизированного газа размером около 100 миллиардов квадратных световых лет.

Исследователи измерили газ в межзвездной среде (МЗС) внутри галактик, а также газ в межгалактической среде (МГС) между галактиками. Эти одновременные измерения позволили получить более полное представление о газе, участвующем в звездообразовании, и его доступности в плотных скоплениях галактик. Они выявили механизмы, ответственные за подавление звездообразования в плотных скоплениях.

«Глубокие наблюдения с помощью MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) выявили крупную массивную структуру ионизированного газа, окружающую восемь галактик этой группы, включая одну галактику с активным галактическим ядром (АГЯ)», — пишут авторы. «Этот газ не является первозданным и, вероятно, был выброшен из галактик как в результате внутренних процессов, таких как звездообразование и выбросы АГЯ, так и в результате внешних процессов в плотной среде, таких как срыв потока под действием динамического давления и приливные взаимодействия».

Результаты также показывают, что менее одной трети газа, вытесненного из галактик-членов COSMOS-Gr30 и перемещенного в диффузную структуру, достаточно холодно для образования звезд.

Исследователи обнаружили, что галактики в такой плотной среде содержат лишь около 20–40% молекулярного газа, характерного для типичных галактик главной последовательности. Галактики главной последовательности — это эталонные галактики, в которых звезды образуются с постоянной, типичной скоростью.

Астрономы и раньше изучали молекулярный газ и его доступность для звездообразования внутри галактик, а также межгалактическую среду. Но эта работа идет еще дальше, характеризуя доступность газа в плотных скоплениях галактик. Исследование "...подчеркивает важность одновременного изучения газовых резервуаров внутри галактик и окружающей внутригрупповой среды для выявления механизмов подавления звездообразования в окружающей среде", - поясняют авторы.

«В случае CGr30 истощение молекулярного газа внутри галактик в сочетании с наличием протяженной газовой структуры дает последовательную картину подавления выбросов под воздействием окружающей среды», — пишут исследователи.

Однако они указывают на одно важное замечание относительно полученных результатов, касающееся некоторых неопределенностей в их работе, включая скорость звездообразования (SFR) и точность наблюдений CO как индикатора молекулярного водорода.

«Хотя неопределенности значительны, это позволяет предположить, что экологические процессы эффективно истощают запасы молекулярного газа в галактиках этой группы», — пишут авторы.

Дополнительные наблюдения COSMOS-Gr30 позволят устранить эти неопределенности, а Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая антенная решетка (ALMA) предоставит важные данные. Это самая мощная в мире радиоантенная решетка, мощнее, чем NOEMA, использованная в этой работе. Она имеет 66 высокоточных 12-метровых антенн, которые в совокупности могут создавать базовую линию шириной до 16 км. Она позволяет приближать изображение таких областей, как COSMOS-Gr30, чтобы обнаружить ранее невидимые детали.

«Кроме того, для уменьшения неопределенностей необходимы более точные измерения скорости звездообразования, а большие выборки целевых галактик в группах позволят нам оценить дисперсию между группами», — заключают авторы.