Используя несколько радиотелескопов по всему миру, группа астрономов обнаружила несколько галактик в ранней Вселенной, которые были скрыты от нашего взгляда из-за огромного количества пыли. Наблюдения позволили команде измерить температуру и толщину пыли, показав, что эти типы галактик внесли значительный вклад в общее звездообразование, когда возраст Вселенной составлял всего 1/10 от ее нынешнего возраста.
Измерение скорости, с которой звезды рождаются в галактиках в пространстве-времени, является одним из основных способов, с помощью которых астрономы описывают свойства и эволюцию галактик.
Для оценки так называемого фактора звездообразования используются различные методы, обычно зависящие от света, излучаемого либо звездами, либо от вещества, освещаемого звездами.
Космическая пыль
Однако появляющиеся звезды имеют тенденцию образовывать пыль — частицы таких элементов, как углерод, кремний, кислород и железо. Пыль выглядит как плотные облака в пространстве между звездами, иногда полностью скрывающие звезды от нашего взгляда.
Это затрудняет определение скорости звездообразования, особенно в молодых галактиках, где пыль еще не рассеялась далеко от компактных мест звездообразования.
Когда пыль нагревается, она начинает светиться длинноволновым инфракрасным излучением, которое, хотя и невидимо для человеческого глаза, может быть обнаружено телескопами, предназначенными для наблюдения за этими длинами волн.
Однако в случае самых компактных пылевых галактик со звездообразованием мы видим только поверхность облаков. Эти галактики невидимы не только в оптическом диапазоне длин волн, но и в начале инфракрасного спектра, совершенно темного даже для космического телескопа "Хаббл".
Галактики с радиоволнами
Команда астрономов намеревалась изучить раннюю Вселенную в еще более длинных волнах, используя радио/микроволновые антенны в двух крупнейших в мире радиообсерваториях: "Атакамской большой [антенной] решётке миллиметрового диапазона" (ALMA) в Чили и "Северной расширенной миллиметровой решетке" (NOEMA) во Франции.
В сочетании с наблюдениями того же поля в небе с помощью других радиотелескопов наблюдения выявили популяцию молодых галактик со звездообразованием, замаскированных чрезвычайно плотными пылевыми облаками.
Прорыв сквозь облака
Наблюдения с использованием радиоволн и микроволн позволили астрономам измерить скорость звездообразования и температуру пыли.
В эти эпохи, через 1-2 миллиарда лет после Большого взрыв, подобные галактики внесли значительный вклад в общую скорость звездообразования во Вселенной, но они остаются незамеченными при наблюдениях в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах.
Исследование объясняет, почему эти галактики такие темные в видимом и инфракрасном свете: поскольку пылевые облака такие густые и плотные, видимый и ближний инфракрасный свет не может проходить сквозь них. Даже дальний инфракрасный свет частично поглощается, — объясняет Шуовен Джин, руководитель исследования.
Наблюдения показывают не только пыль, но и частицы угарного газа (СО), присутствующие внутри облаков. Свет, излучаемый углекислым газом, может помочь астрономам изучить еще одну важную величину в галактиках, а именно массу всего газа в галактике. Однако один из ключевых результатов работы Джина и его коллег заключается в том, что стандартный способ определения массы газа по выбросам CO неверен.
Наблюдаемый свет исходит от поверхности пылевых облаков. Типичные модели не учитывают, что свет блокируется внутри облаков, изменяя свою длину волны, прежде чем выйти наружу. Учет этого эффекта имеет весьма серьезные последствия.
Наша модель учитывает тот факт, что даже инфракрасный свет не выходит непосредственно из центра пылевых облаков. Это показывает нам, что предыдущие оценки массы газа были завышены в 2-3 раза в компактных пылевых галактиках с активным звездообразованием, — добовляет Шуовен Джин.
Исследование было принято к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics. Препринт доступен здесь.