Відкриття Hubble: У Андромедійській галактиці спостерігається уповільнення зіркової формації

Андромедійська галактика, одна з найближчих сусідок Чумацького Шляху, привертає увагу астрономів завдяки своїм унікальним характеристикам. Відстань до неї складає приблизно 2,5 мільйона світлових років, що дозволяє спостерігати її неозброєним оком за сприятливих умов. Андромеда вдвічі більша за Чумацький Шлях (200 000 світлових років) і містить близько одного трильйона зірок.

Вивчаючи цю галактику, астрономи отримують можливість краще зрозуміти еволюцію нашої власної галактики, а також дізнатися більше про деякі з найбільших галактик у Всесвіті. Нещодавнє дослідження, проведене командою вчених з Університету Вашингтона за даними двох оглядів, здійснених космічним телескопом Hubble, виявило, що зіркова формація в Андромедійській галактиці сповільнюється.

Результати, опубліковані в журналі The Astrophysical Journal, свідчать про те, що зіркова формація зменшується протягом останніх 500 мільйонів років, причому найзначніше зниження спостерігається за останні 40 мільйонів років. Зіркова формація в диску галактики залежить від ряду факторів, які можна поділити на внутрішні та зовнішні. Внутрішні механізми включають молекулярні хмари, які накопичують масу під дією гравітації, магнітних полів або ударних хвиль, які стискають газ і пил до моменту гравітаційного колапсу.

Андромедійська галактика також є спіральною галактикою типу LINER. Навіть незважаючи на близькість в астрономічному сенсі, її все ще важко досліджувати. Зображення: NASA/ESA/Hubble

Зовнішні сили, такі як злиття галактик, стискають газ і пил з двох галактик, що викликає народження нових зірок. Галактичні регіони, де нещодавно спостерігалася зіркова формація, зазвичай містять більшу частку блакитних зірок (O, B та A типів), оскільки вони масивніші і короткоживучі. Менш масивні зірки, такі як червоні карлики типу M, є тьмянішими і мають значно довші терміни життя (до трильйонів років).

Таким чином, регіони з менш активною зірковою формацією мають червоніші популяції. Щоб визначити швидкість зіркової формації, астрономи вимірюють масу газу та пилу, що перетворюється на зірки за рік. Результати виражаються в сонячних масах, де одна сонячна маса дорівнює масі нашого Сонця: 2 x 10^30 кг, або 2 x 10^27 метричних тонн (2,2 x 10^27 американських тонн).

У своєму дослідженні вчені об'єднали дані з панхроматичного огляду Андромеди (PHAT) та панхроматичного південного огляду Андромеди (PHAST). Огляд PHAT охопив приблизно третину зіркоутворювального диска M31 (100 мільйонів зірок) в ультрафіолетовому та ближньому інфрачервоному спектрах, тоді як PHAST продовжив, розрізняючи 90 мільйонів зірок у оптичних ближньо-ультрафіолетових смугах.

Разом ці огляди картографували приблизно дві третини диска Андромеди з великою деталізацією, надаючи детальну картину минулої активності Андромеди. Команда почала з поділу зображень Андромеди на тисячі квадратів, кожен з яких має розміри 300 світлових років на кожну сторону. На основі цих квадратів дослідницька група визначила історію зіркової формації в кожному квадраті, щоб отримати всебічне розуміння зіркової еволюції в диску Андромеди.

"Нам потрібно виміряти окремі зірки, оскільки вони є фосильним записом формування галактики", - зазначив співавтор дослідження Бен Вільямс, астроном з Університету Вашингтона. "Hubble - це єдиний телескоп, який може надати достатню просторову роздільну здатність на великій площі, щоб мати можливість це зробити в Андромеді".

Зображення Hubble Андромедійської галактики, що показує блакитні регіони з нещодавньою зірковою формацією (1) та червоні регіони з меншою зірковою формацією (2). Кредит: NASA/ESA/UWashington/Northwestern/STScI

Попередні дослідження показали, що Андромеда пережила сплеск зіркової формації приблизно 2 мільярди років тому, можливо, через злиття галактик, але потім цей процес почав зменшуватися. Дослідницька команда підрахувала, що 500 мільйонів років тому Андромеда формувала зірки зі швидкістю приблизно одна сонячна маса на рік, яка впала до половини цієї величини за 40 мільйонів років. Нині, як з'ясували вчені, швидкість зіркової формації зменшилася ще більше – до приблизно однієї п'ятої сонячної маси на рік.

Команда також виявила, що більшість нещодавньої зіркової формації відбулася в зіркоутворювальному кільці на відстані близько 32 000 світлових років від центру галактики, а не рівномірно по всій галактиці. Це свідчить про те, що велика частина спостережуваного зниження пов'язана зі зменшенням активності в структурі кільця. Вчені припускають, що це, ймовірно, є природним сповільненням після більш активного стану, а не наслідком зменшення матеріалу для нових зірок.

Дослідники також вивчили, чи може це зниження зіркової формації бути пов'язане з близькістю Андромеди до M32. Приблизно 16 000 світлових років відділяють цю супутню галактику від Андромеди, і астрономи не впевнені, чи і коли вона взаємодіяла з Андромедою в минулому. Вивчення цього питання стало одним з основних мотивів огляду PHAST, який дозволив команді дослідити історію зіркової формації між двома галактиками. Це показало, що територія між двома галактиками також почала відчувати зменшення зіркової формації приблизно 60 мільйонів років тому.

Час цього зниження може допомогти астрономам розгадати загадку можливих минулих взаємодій. "Ми не можемо прямо стверджувати, що спостерігаємо зниження зіркової формації через M32. Але вона знаходиться поруч, і, безумовно, є найімовірнішим підозрюваним", - зазначив Вайнер. Команда планує продовжувати аналізувати історію зіркової формації в Андромеді, поєднуючи дані Hubble з наземними спостереженнями для отримання додаткових відомостей. Астрономи дізнаються ще більше, коли NASA запустить космічний телескоп Ненсі Грейс Роман, який запланований на не раніше 30 серпня.

Завдяки своєму величезному полю зору, яке щонайменше в 100 разів перевищує поле зору Hubble у ближньому інфрачервоному діапазоні за одну спостереження, астрономи зможуть картографувати Андромеду ще детальніше. NASA вже затвердило програму спостережень, яка зобразить повний диск Андромеди та прилеглі території, що дозволить астрономам виміряти сотні мільйонів зірок. Ці дослідження проллють світло на зіркову еволюцію в Андромеді, а також у нашій галактиці.