Хаббл и ALMA обнаружили древние массивные мертвые галактики

Когда Вселенной было около 3 миллиардов лет, то есть всего 20% от ее нынешнего возраста, она пережила самый плодотворный период рождения звезд в своей истории. Но когда космический телескоп НАСА Хаббл и Большая миллиметровая / субмиллиметровая матрица Атакамы (ALMA) на севере Чили посмотрели на космические объекты в этот период, они обнаружили нечто странное: шесть ранних, массивных, «мертвых» галактик, у которых закончился холодный водород, необходимый для создания звезд.

Без топлива для звездообразования эти галактики буквально работали пустыми. Результаты опубликованы в журнале Nature .

Ранние галактики с гравитационным линзированием
Эти изображения являются составными частями Хаббла и ALMA. На изображениях в рамке и в выдвижном окне показаны две из шести далеких массивных галактик, в которых, как обнаружили ученые, звездообразование прекратилось из-за истощения источника топлива — холодного газообразного водорода. Хаббл вместе с ALMA обнаружил эти странные галактики, когда они объединили силы с «естественной линзой» в космосе, созданной массивными скоплениями галактик на переднем плане.
Желтый цвет отражает сияние звездного света. Искусственный фиолетовый цвет отражает холодную пыль из наблюдений ALMA. Эта холодная пыль используется в качестве заменителя холодного газообразного водорода, необходимого для звездообразования. Даже с учетом чувствительности ALMA ученые не обнаруживают пыль в большинстве из шести исследованных галактик. Один из примеров — MRG-M1341, вверху справа. Она выглядит искаженным из-за оптических эффектов линзирования. Напротив, пурпурная капля слева от галактики является примером галактики, богатой пылью и газом. Одним из примеров обнаружения холодной пыли, сделанной ALMA, является галактика MRG-M2129 в правом нижнем углу. В самом центре галактики только пыль и газ. Это говорит о том, что звездообразование могло прекратиться с окраин внутрь.
Обработка изображений: Джозеф Де Паскуале (STScI)

Звездообразование

«На данный момент в нашей Вселенной все галактики должны образовывать множество звезд. Это пик звездообразования, — пояснила ведущий автор Кейт Уитакер, доцент астрономии Массачусетского университета в Амхерсте. Уитакер также является ассоциированным преподавателем в Центре Cosmic Dawn в Копенгагене, Дания. — Так что же случилось со всем холодным газом в этих галактиках так рано?»

Это исследование является классическим примером гармонии между наблюдениями Хаббла и ALMA. Хаббл точно определил, где в галактиках существуют звезды, и показал, где они формировались в прошлом. Обнаружив холодную пыль, которая служит заменителем холодного газообразного водорода, ALMA показала астрономам, где в будущем могут образовываться звезды, если будет достаточно топлива.

Гравитационные телескопы

Изучение этих ранних, далеких, мертвых галактик было частью программы REQUIEM с соответствующим названием, которая расшифровывается как Resolving QUIEscent Magnified Galaxies At High Redshift. Красное смещение происходит, когда свет растягивается в результате расширения пространства и кажется смещенным в сторону красной части спектра. Чем дальше галактика находится по отношению к наблюдателю, тем краснее она кажется.

Команда REQUIEM использует чрезвычайно массивные скопления галактик на переднем плане в качестве естественных телескопов. Огромная гравитация скопления галактик искажает пространство, искривляя и увеличивая свет от фоновых объектов. Когда ранняя, массивная и очень далекая галактика расположена позади такого скопления, она кажется сильно растянутой и увеличенной, что позволяет астрономам изучать детали, которые в противном случае было бы невозможно увидеть. Это называется «сильное гравитационное линзирование».

Только объединив прекрасное разрешение Хаббла и ALMA с этим сильным линзированием, команда REQUIEM смогла понять формирование этих шести галактик, которые выглядели так, как они выглядели всего через несколько миллиардов лет после большого взрыва.

«Используя сильное гравитационное линзирование в качестве естественного телескопа, мы можем найти самые далекие, самые массивные и первые галактики, которые прекратили свое звездообразование, — сказала Уитакер. — Мне нравится думать об этом, как о науке 2030-х или 40-х годов — с мощными космическими телескопами следующего поколения. Но сегодня вместо этого, мы объединяем возможности Хаббла и ALMA, усиленные за счет гравитационного линзирования». 

«REQUIEM собрал самую большую на сегодняшний день выборку этих редких мертвых галактик в ранней Вселенной, и сильное линзирование является ключевым моментом, — отметил Мохаммад Ахшик, главный исследователь программы наблюдений Хаббла. — Оно усиливает свет на всех длинах волн, так что его легче обнаружить, и вы также получаете более высокое пространственное разрешение, когда у вас есть эти галактики, растянутые по небу. По сути, вы можете видеть внутри них в гораздо более мелких физических масштабах, чтобы понять, что происходит».

Живи быстро, умри молодым

Эти виды мертвых галактик, похоже, не омолаживаются даже в результате более поздних незначительных слияний и скоплений близлежащих небольших галактик и газа. Поедание вещества вокруг них в основном просто «раздувает» галактики. Если звездообразование действительно возобновится, Уитакер описала это как «своего рода глазурь». Примерно 11 миллиардов лет спустя в современной Вселенной эти ранее компактные галактики, как полагают, стали больше, но все еще мертвы с точки зрения любого нового звездообразования.

Эти шесть галактик жили быстрой и бурной жизнью, создавая свои звезды за удивительно короткое время. Почему они так рано прекратили звездообразование, все еще остается загадкой.

Уитакер предлагает несколько возможных объяснений:

«Сверхмассивная черная дыра в центре галактики включилась и нагрела весь газ? Если да, то газ все еще может быть там, но теперь он горячий. Или предотвращена аккреция обратно в галактику. Или галактика просто израсходовала все это, и снабжение отключено? Это некоторые из открытых вопросов, которые мы продолжим исследовать с новыми наблюдениями в будущем».

Ученые из REQUIEM также спрогнозировали еще одну вспышку от взрыва сверхновой

Читайте обзоры:

-->