Що вбивало галактики в ранньому Всесвіті?

Галактики в юності Всесвіту є основою для більш сучасних галактик. Вони починалися як невеликі "шматочки" матеріалу, які з часом зливалися, утворюючи більші структури. Саме тому астрономи використовують обсерваторії, такі як Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), для вивчення молодого Всесвіту. Світло від цих ранніх об'єктів потрапляє в інфрачервону частину спектра, що є зоною спостереження JWST.

У останні роки JWST також виявив масивні, спокійні галактики в той час, коли космосу було близько 1-2 мільярдів років. Це період, коли починався процес формування галактик, а також зіткнення, які допомагали утворювати більші галактики з часом. Спокійні галактики не є мертвими, і існує чимало доказів того, що ці галактики пережили етапи зореутворення перед тим, як стати тихими. Отже, основне питання полягає в тому, що ж призводить до зупинки активності зореутворення, залишаючи після себе галактики з малою активністю після перших сплесків зореутворення? Астрономи висунули кілька теорій щодо причин, включаючи ранню активність темної енергії, яка призвела до швидкого зростання деяких галактик і їх ранньої загибелі.

Це зображення показує невелику частину поля, яке спостерігав NIRCam (Непряма інфрачервона камера) Космічного телескопа Джеймса Вебба в рамках наукового дослідження Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Воно заповнене галактиками. Деякі галактики, здається, зросли так масивно і швидко, що моделювання не змогли врахувати їх. Проте нове дослідження показує, що деякі з цих ранніх галактик насправді є набагато менш масивними, ніж здавалося спочатку. Чорні діри в деяких з цих галактик роблять їх яскравішими і більшими, ніж вони є насправді. Галактики, такі як CRISTAL-02, виглядають вражаюче тихими в порівнянні з їхніми яскравішими і активнішими побратимами. Courtesy NASA, ESA, CSA, S. Finkelstein (Університет Техасу)

Відповідь у вітрах

Виявляється, винуватцем є "вітер", що гасить галактики, який спостерігається в деяких галактиках і пояснює, чому астрономи бачать багато тихих і масивних галактик в ранньому Всесвіті. Цей вітер, як вважають, виникає під час зіткнень галактик. Коли дві або більше галактик зливаються, космічний танець викликає величезні сплески зореутворення. Команда астрономів з Університету Свінберна вивчила галактику під назвою CRISTAL-02, використовуючи JWST та радіотелескоп Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Цільова галактика виглядає так, як вона існувала один мільярд років після Великого вибуху, і переживала швидкий сплеск зростання. Насправді в цьому зіткненні бере участь більше ніж одна галактика, що робить цю сцену ще більш цікавою. Зазвичай під час таких зустрічей галактик газ тече до центру подій. Це і викликає активність зореутворення, що спостерігається у багатьох з цих зіткнень.

На основі історії зіткнень та сплесків зореутворення команда на чолі з Ребеккою Девіс написала дослідження, в якому запропонувала простий процес: галактика переживає величезний період зореутворення, що викликає не лише зростання, але і вітер, який знищує подальше зростання. "Густі регіони Всесвіту схожі на дуже активні міста," — сказала Девіс. "Галактики зіткнуться і переживуть бурхливі сплески зореутворення. Але коли найбільші зірки вичерпають своє паливо, вони вибухають як наднові, запускаючи потужні вітри, які здувають той самий газ, необхідний галактикам для продовження зореутворення."

Про CRISTAL-02

Цільова галактика, здається, формує зірки вдвічі швидше за інші подібні галактики в порівнянні з аналогічними етапами космічного часу. Підказкою до того, що відбувається, є струмінь холодного газу, що тече від CRISTAL-02. Це матеріал, необхідний для зірок, і підказка про те, що щось відштовхує газ від галактики. "У галактики є потужний вітер, який викидає матеріал вдвічі швидше, ніж галактика формує зірки," — додала Девіс. "Якщо цей швидкий викид продовжиться, галактика може загинути менш ніж за 50 мільйонів років, що пояснює походження таємничих масивних мертвих галактик в ранньому Всесвіті."

Концепція художника, що зображує газові хмари, які живлять зони сплеску зореутворення в ранніх галактиках. Масивні зірки, що формуються в цих областях, живуть швидко і гинуть молодими, а їхні вітри від наднових можуть вигнати та знищити будь-які інші газові хмари поблизу. Це перешкоджає зореутворенню. Courtesy NASA.

Активність зореутворення CRISTAL-02 та подальше гасіння зореутворення пропонують правдоподібне пояснення до загадки, чому багато ранніх галактик мали коротке, але активне життя, за словами Девіс. "Майже половина ранніх масивних галактик взаємодіє з іншими сусідніми галактиками, що свідчить про те, що це не просто випадковість, а поширене космічне явище," — сказала вона. "Якщо багато ранніх галактик зіткнуться і переживуть швидкий ріст, то не буде дивно, що ми бачимо так багато мертвих галактик в ранньому Всесвіті."

Спостереження CRISTAL-02 призведуть до додаткових досліджень за допомогою JWST. По-перше, астрономи захочуть вивчити запилені регіони галактики, крім струменя газу. Ці дослідження повинні пролити нове світло на регіони зореутворення, що живляться газом, та на те, як злиття, які переживають галактики, впливають на учасницькі галактики. Це відкриття також підкреслює важливість переоцінки моделювань, які раніше недооцінювали різноманітність та складність ранніх галактик. Інтегруючи спостереження, такі як CRISTAL-02, астрономи можуть удосконалити моделі, щоб краще відповідати хаотичній, динамічній реальності раннього космосу.

У своїй статті команда пропонує подальші глибокі спостереження ранніх галактик для вивчення їх оптичних випромінювань та вмісту нейтрального газу. Вони вказують на CRISTAL-02 як на перший крок у виявленні інших галактик, які гинуть від вітрів зореутворення. Вона була ледве виявлена спектрами JWST. Разом із глибшими спостереженнями астрономи повинні дослідити регіони зореутворення високого червоного зсуву більш детально, щоб перевірити, чи є пояснення, засноване на викиді, надійним.