AstroJ: Карликовые галактики используют 10 млн лет затишья для рождения звезд

Если посмотреть на массивные галактики, изобилующие звездами, то можно подумать, что это звездные фабрики, рождающие блестящие шары газа. Но на самом деле менее развитые карликовые галактики имеют более обширные области звездных фабрик и более высокую скорость звездообразования.

Теперь исследователи Мичиганского университета обнаружили причину этого явления: оказывается, эти галактики имеют 10-миллионную задержку в выдувании газа, загромождающего их среду. Звездообразующие области способны удерживать газ и пыль, что позволяет большему числу звезд формироваться и развиваться.

В этих относительно чистых карликовых галактиках массивные звезды, масса которых в 20-200 раз превышает массу нашего Солнца, вместо того чтобы взорваться в виде сверхновых, коллапсируют в черные дыры. Но в более развитых и загрязненных галактиках, таких как наш Млечный Путь, они взрываются с большей вероятностью, создавая тем самым коллективный сверхновый ветер. Газ и пыль выбрасываются за пределы галактики, и звездообразование быстро прекращается.

Результаты исследования опубликованы в журнале Astrophysical Journal.

Когда звезды превращаются в сверхновые, они загрязняют окружающую среду, производя и выбрасывая металлы, — говорит Мишель Джечмен, первый автор исследования и научный сотрудник бакалавриата.

Мы утверждаем, что при низкой металличности галактики — среде, которая относительно незагрязнена, — существует 10-миллионная задержка в возникновении сильных сверхветров, что, в свою очередь, приводит к более высокому звездообразованию.

Исследователи из Университета штата Массачусетс указывают на так называемую «вилку Хаббла» — диаграмму, на которой изображен способ классификации галактик астрономом Эдвином Хабблом. В ручке вилки находятся самые крупные галактики. Огромные, круглые, полные звезд, эти галактики уже превратили весь свой газ в звезды. Вдоль зубцов вилки расположены спиральные галактики, в компактных рукавах которых есть газовые и звездообразующие области. На конце зубцов вилки находятся наименее развитые, самые маленькие галактики.

Но эти карликовые галактики имеют просто чудовищные звездообразующие области, — говорит старший автор исследования астроном Салли Оэй (Sally Oey) из Университета штата Массачусетс.

Были некоторые идеи, почему так происходит, но находка Мишель предлагает очень хорошее объяснение: Эти галактики с трудом останавливают свое звездообразование, потому что они не выдувают свой газ.

Кроме того, этот 10-миллионный период затишья дает астрономам возможность взглянуть на сценарии, аналогичные космическому рассвету — периоду времени сразу после Большого взрыва, — сказал Джечмен. В нетронутых карликовых галактиках газ слипается и образует щели, через которые может выходить излучение. Это ранее известное явление называется моделью «пикетного забора», в которой ультрафиолетовое излучение выходит между планками забора. Задержка объясняет, почему газ должен был успеть слипнуться.

Ультрафиолетовое излучение важно, поскольку оно ионизирует водород — процесс, который также происходил сразу после Большого взрыва, в результате чего Вселенная превратилась из непрозрачной в прозрачную.

Поэтому наблюдение за карликовыми галактиками с низкой металличностью и большим количеством ультрафиолетового излучения в некоторой степени похоже на исследование всего пути, ведущего к космическому рассвету, — сказал Джечмен.

Понимание времени вблизи Большого взрыва очень интересно. Оно является основополагающим для наших знаний. Это то, что произошло так давно — и так интересно, что мы можем наблюдать похожие ситуации в галактиках, существующих сегодня.

Во втором исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters под руководством Оэя, с помощью космического телескопа «Хаббл» астрономы изучили регион Mrk 71, расположенный в соседней карликовой галактике на расстоянии около 10 млн. световых лет. В галактике Mrk 71 команда обнаружила наблюдательные доказательства сценария Йекмена. Используя новую методику работы с космическим телескопом „Хаббл“, команда применила набор фильтров, которые рассматривают свет трижды ионизированного углерода.

По словам Оэя, в более развитых галактиках с большим количеством взрывов сверхновых газ в звездном скоплении нагревается до очень высоких температур — до миллионов градусов Кельвина. Расширяясь, этот горячий суперветер выбрасывает остальной газ из звездных скоплений. Но в среде с низкой металличностью, такой как Mrk 71, где звезды не разлетаются, энергия внутри региона излучается наружу. У нее нет возможности сформировать супервихрь.

Фильтры команды уловили диффузное свечение ионизированного углерода по всей поверхности Mrk 71, что свидетельствует о том, что энергия излучается. Таким образом, горячий суперветер отсутствует, а плотный газ остается во всей среде.

Оэй и Йекмен говорят, что их работа имеет множество последствий.

Наши результаты могут быть также важны для объяснения свойств галактик, которые сейчас наблюдаются космическим телескопом James Webb на рассвете, — сказал Оэй.

Я думаю, что мы все еще находимся в процессе понимания последствий.

21.11.2023