Открытие молодой галактической системы CRISTAL-02
Астрономы засекли молодую галактическую систему, по-видимому выбрасывающую газ, необходимый для дальнейшего звездообразования, что предлагает естественное объяснение одной из загадок, выявленных космическим телескопом Джеймс Уэбб: большого числа «мертвых» галактик в ранней Вселенной. Система, получившая обозначение CRISTAL‑02, наблюдается такой, какой она была примерно через 1,1 миллиарда лет после Большого взрыва. Это не спокойная, устоявшаяся галактика, а скопление участков активного звездообразования на финальной стадии космического столкновения. Похоже, именно это столкновение направило газ в плотные области, вызвав яростный всплеск формирования звёзд. Теперь тот же процесс может способствовать окончательному прекращению активности галактики.
Открытие, сделанное с помощью JWST и Атакамской миллиметрово‑субмиллиметровой решётки (ALMA), показывает огромный «плюм» холодного газа, простирающийся примерно на 7000 световых лет от CRISTAL‑02. Газ уходит от галактики в мощном ветре, вызванном не очевидной активно действующей чёрной дырой, а энергией, выделяющейся при взрывах короткоживущих массивных звёзд в виде сверхновых. «Плотные участки Вселенной похожи на очень оживлённые города, — говорит ведущая автор исследования доктор Ребекка Дэвис из Технологического университета Суинберна в Австралии. — Галактики сталкиваются и переживают лихорадочные вспышки звездообразования. Но когда самые большие звёзды выгорают, они взрываются как сверхновые, запускают мощные ветры, которые сдувают тот самый газ, необходимый галактикам для дальнейшего образования звёзд». В результате возникает возможный «ветер, убивающий галактику».
Галактики часто называют мёртвыми или квазиквиемсцентными, когда они перестают образовывать значительное количество новых звёзд. Их уже существующие звёзды могут продолжать светить в течение миллиардов лет, но рост галактики фактически прекращается, поскольку запас холодного газа, из которого рождаются новые звёзды, удалён, нагрет или истощён. JWST уже обнаружил неожиданно большое число массивных мёртвых галактик в ранней Вселенной, когда космос был очень молод. Это создало проблему для моделей эволюции галактик, поскольку такие объекты должны были быстро вырасти и практически сразу же прекратить активное звездообразование. Некоторые предложенные объяснения прибегали к более экзотической физике ранней Вселенной. Например, выдвигалась идея, что тёмная энергия — та самая загадочная сила, связанная с ускоренным расширением Вселенной сегодня — могла быть сильнее или вести себя иначе в молодом космосе, что позволяло галактикам расти и умирать быстрее, чем ожидалось.
Новое исследование указывает на более простую возможность: жестокие слияния галактик могли вызвать интенсивные звёздные бумы, которые затем породили ветры, достаточно мощные, чтобы смести топливо этих галактик. CRISTAL‑02 формирует звёзды со скоростью порядка 260 солнечных масс в год, примерно в три раза быстрее, чем ожидалось для галактики аналогичной массы на той же эпохе. Однако отток газа удаляет материал со скоростью около 520 солнечных масс в год, в два раза превышающей скорость звездообразования. Если это продолжится и если из окружения галактики не будет поступать свежий холодный газ, CRISTAL‑02 может исчерпать или выкинуть свой молекулярный газовый резерв за десятки миллионов лет.
«У галактики сильный ветер, который выталкивает материал вдвое быстрее, чем галактика формирует звёзды», — говорит Дэвис. «Если этот быстрый вынос продолжится, галактика может умереть менее чем через 50 миллионов лет». Доказательства получены комбинированием двух разных наблюдений газа. ALMA зафиксировала холодный материал, тогда как ближневосточный инфракрасный спектрограф JWST наблюдал тёплый ионизированный газ. Вместе эти наблюдения показывают многофазный ветер, состоящий из газа в различных физических состояниях. Оба компонента, по-видимому, движутся от галактики в приблизительно двуконической форме, словно материал выбрасывается над и под галактическим диском, аналогично ветрам, наблюдаемым в близких галактиках, переживающих интенсивные вспышки звездообразования.
Исследователи оценивают, что в оттоке содержится примерно 1,5 миллиарда солнечных масс холодного газа. Проектная скорость оттока составляет около 640 километров в секунду, что сопоставимо с оценочной скоростью убегания из галактики, то есть часть материала может окончательно покинуть систему, а не вернуться позже. Команда не обнаружила свидетельств того, что в настоящее время активная сверхмассивная чёрная дыра питает этот ветер. Однако учёные отмечают, что полностью исключить возможность более раннего всплеска активности чёрной дыры, который затем угас, нельзя. Если CRISTAL‑02 типична для своего времени, такой механизм может быть широко распространён.
В исследовании указывается, что почти половина массивных галактик на этой эпохе переживает крупные слияния. Такие столкновения могут направлять газ внутрь, зажигать интенсивное звездообразование и затем запускать мощные ветры, которые подавляют или полностью останавливают дальнейшее формирование звёзд. «Почти половина ранних массивных галактик взаимодействует с соседями, что указывает на то, что это не единичный случай, а широко распространённое космическое явление», — говорит Дэвис. «CRISTAL‑02 предлагает естественное решение загадки о том, почему эти массивные галактики живут быстро и умирают молодыми».
