Галактики, в которых перестают формироваться звезды, обычно не "запускаются" вновь, однако недавно ученые обнаружили, как один из таких огромных гравитационно связанных объектов буквально “восстал из мертвых”. Авторы исследования считают, что это открытие поможет нам лучше понять эволюцию звездных систем в ранней Вселенной.
Восставшая из пепла галактика A2744-YD4: Ученые нашли доказательства "омоложения" старых звездных популяций в очень ранней Вселенной (Впечатление художника об очень далекой галактике-зомби A2744-YD4 / European Southern Observatory, ESO / Mn. Kornmesser)
Далеко во Вселенной, на расстоянии более 30 миллиардов световых лет от нашей планеты, обнаружена загадочная галактика-зомби. Процессы формирования звезд в ней замерли на 20 миллионов лет, после чего она возродилась в виде бурного всплеска активности. Астрофизики считают, что это открытие поможет нам объяснить космическую загадку, связанную с эволюцией самых ранних галактик Вселенной.
«Мы уже неоднократно наблюдали галактики, переживающие всплески звездообразования, а также галактики, которые больше не образуют звезды, но это первый случай обнаружения галактики, которая перестала формировать звезды, а затем прошла через своего рода процесс омоложения», - рассказывает астрофизик Гвидо Робертс-Борсани из Женевского университета в Швейцарии.
Робертс-Борсани и его коллеги наблюдали за галактикой под названием A2744-YD4 с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Из-за огромного расстояния, которое потребовалось преодолеть свету, чтобы «добраться» до телескопа, ученые увидели галактику такой, какой она была всего через 650 миллионов лет после Большого взрыва, что делает ее одной из самых ранних галактик Вселенной.
Исследователи обнаружили признаки ярких, молодых звезд, а также более тусклых, старых, что никогда ранее не наблюдалось в одной галактике. Возраст звезд позволил предположить, что примерно через 100 миллионов лет после начала звездообразования галактика «впала в летаргический сон» примерно на 20 миллионов лет. После чего ее активность возобновилась.
Такое поведение можно объяснить слияниями с другими галактиками, которые могут обеспечить «мертвую» галактику свежим топливом для запуска звездообразования, или же это может быть связано с тем, что газ, выбрасываемый при взрывах сверхновых, вновь возвращается в галактику. Этот процесс никогда не наблюдался ранее, поэтому изучение его причин может иметь решающее значение для нашего понимания жизни самых далеких и самых ранних галактик, считают исследователи.
В ближайшие дни на ночном небе можно будет невооруженным глазом увидеть взрыв новой звезды
«Молодые звезды легко затмевают старые. Чтобы точно определить массу галактик, нам нужно знать не содержат ли они старые популяции, которые затмеваются яркими молодыми звездами", - говорит Клод-Андре Фоше-Жигьер из Северо-Западного университета в Иллинойсе.
«Если пренебречь этой особенностью, можно допустить серьезные ошибки при переписи звездного населения галактик - с фундаментальными последствиями для теоретических моделей».
«В основном ошибки будут допущены в наших расчетах масс и возрастов этих галактик. Когда блики от молодых звезд скрывают старые, галактики выглядят моложе и менее массивными, чем они есть на самом деле».
Когда James Webb Space Telescope начал передавать изображения ранней Вселенной, он обнаружил множество галактик, которые оказались крупнее и старше, чем ожидалось. Это заставило некоторых астрофизиков предположить, что наши предыдущие представления о ранних галактиках как о стабильных и последовательных в своем звездообразовании могут оказаться ошибочными. Всплески и спады активности этих «звездных фабрик» могли бы объяснить новые наблюдения.
«Если такое взрывное поведение подтвердится, то это сможет объяснить некоторые загадочные наблюдения JWST», - говорит Кристофер Хейворд из Института Флэтайрон в Нью-Йорке. «До сих пор не было получено неопровержимых доказательств того, что звездообразование может вызвать такое поведение, но эти данные выглядят весьма убедительно».
«Пока речь идет только об одной галактике, поэтому вопрос о том, является ли такое положение вещей типичным, остается открытым. Однако если это именно так, то это может стать серьезным сдвигом в парадигме наших представлений о ранней Вселенной. Мы ожидаем, что в первые несколько сотен миллионов лет существования Вселенной практически все галактики должны были пройти через очень бурный, неистовый процесс звездообразования», - говорит Хейворд. «Но нам, конечно, понадобится провести гораздо больше исследований, чтобы доказать, что это феномен повсеместного распространения».
Кластер A2744 и расположение галактики A2744_YD4 (правый нижний угол). Обнаружена комплексом радиотелескопов Atacama Large Millimeter Array в 2017 году.
Аннотация к научной статье
Восставшая из пепла галактика A2744-YD4: Ученые нашли доказательства "омоложения" старых звездных популяций в очень ранней Вселенной
Хотя JWST наблюдал скопления галактик с красным смещением до z∼14, свидетельства существования звездных популяций в эпоху реионизации (EoR) - потомков этих самых ранних галактик - немногочисленны и малочисленны. Для объяснения существования самых ранних галактик с ультрафиолетовым светом, а также для интерпретации галактик, демонстрирующих бальмеровские разрывы без туманной эмиссионной линии, были использованы истории взрывного формирования звезд (англ. star-formation histories, SFHs).
В рамках данного исследования ученые впервые получили спектроскопические данные о галактике красным смещением с z∼7.9, A2744-YD4, в которой обнаружен разрыв Бальмера и эмиссионные линии, указывающие на наличие как зрелого, так и молодого звездного населения. В спектре A2744-YD4 обнаружены своеобразные комбинации эмиссионных линий, указывающие на относительно низкий параметр ионизации и высокую металличность газовой среды. Среднее скопление галактик с похожими соотношениями эмиссионных линий показывает четкий бальмеровский скачок в их суммарном спектре. Это говорит о том, что зрелая звездная популяция (возрастом ∼80 миллионов лет) породила химически обогащенную, неоднородную межзвездную среду.
На основе анализа-SED (Spectral Energy Distribution - распределением энергии в спектре объекта) и сравнения с моделированием эксперты пришли к выводу, что наблюдаемое молодое звездное население на самом деле является результатом омоложения после паузы в звездообразовании, длившейся примерно 20 миллионов лет. Таким образом, объект A2744-YD4 стал первым спектроскопическим подтверждением существования галактик, которые омолодились после фазы угасания. Ученые пришли к выводу, что вернувшиеся к жизни галактики находятся на уникальном этапе эволюции, когда их легче всего идентифицировать.
A2744 YD4 — Далекая галактика в созвездии Скульптора. (Скорость звездообразования в A2744_YD4, по оценкам экспертов, составляет 20 солнечных масс в год (в то время как в нашем Млечном Пути в год образуется только одна звезда солнечной массы).
Данный эксперимент показал, что молодое звездное население, составляющее всего ∼30 % от общей звездной массы, "сотрет" бальмеровский разрыв. Таким образом, «засветка» через всплески SFH галактик в ранней Вселенной, вероятно, мешает попыткам точно измерить их звездный возраст и массу.
