В ранней Вселенной обнаружили целый класс «скрытых» галактик, активно образующих звезды, но почти невидимых в оптическом диапазоне. Теперь с помощью радиотелескопа ALMA и космической обсерватории «Джеймс Уэбб» астрономы впервые статистически подтвердили существование целой популяции слабых пылевых галактик в эпоху, когда Вселенной было меньше миллиарда лет.
До сих пор считалось, что основная часть галактик в ранней Вселенной выглядит яркой в ультрафиолете и почти не содержит пыли: именно такие объекты зачастую наблюдает «Уэбб». Пылевые же галактики (DSFG) хорошо известны и находятся на более поздних этапах космической истории — астрономы видят их такими, какими они были примерно 10,5-12,3 миллиарда лет назад.
Звездообразование в этих массивных системах идет особенно интенсивно, но большую часть излучения поглощает пыль, из-за чего оно переизлучается в миллиметровом диапазоне. Найти такие объекты, как правило, сложно: они слишком слабы для прямого обнаружения в CHAMPS и чересчур «красные» для оптических и инфракрасных обзоров.
Вот почему астрономы из Массачусетского университета в Амхерсте (США) пошли иным путем, взяв выборку примерно из 400 ярких источников, обнаруженных ALMA в рамках программы CHAMPS, и сопоставили их с каталогом COSMOS2025, дополнив детальными фотометрическими данными «Уэбба». На этой основе ученые вывели эмпирический критерий, который позволяет отличать пылевые галактики от других типов объектов по сочетанию инфракрасных цветов, звездной массы и скорости образования светил.
Основным параметром стал индекс, связывающий логарифмы массы и темпа звездообразования, который оказался особенно эффективным именно для отбора пылевых систем. Затем, применив метод ко всему каталогу, включающему сотни тысяч галактик, исследователи отобрали кандидатов на роль слабых пылевых объектов, которые родились спустя всего 600-950 миллионов лет после Большого взрыва. Результаты научной работы были представлены в The Astrophysical Journal Letters.
Таких источников оказалось всего несколько десятков (73), а наблюдаемых с помощью ALMA — лишь 18. Хотя ни один из них не был заметен в миллиметровом диапазоне, после усреднения сигналов астрономы получили уверенное обнаружение, соответствующее скрытому звездообразованию на уровне примерно 30 масс Солнца в год.
На основе полученных данных авторы статьи заключили, что в эпоху реионизации существовала целая популяция умеренно пылевых галактик, которые ранее просто «выпадали» из всех обзоров. Все потому, что они не полностью «прозрачные», как типичные галактики, наблюдаемые «Уэббом». Плотность этих объектов, по оценкам, сопоставима с числом самых ранних, массивных и «мертвых» галактик.
Таким образом, ученые предложили новый сценарий галактический эволюции: ультрафиолетовые галактики, сформировавшиеся менее чем через 500 миллионов лет после Большого взрыва, со временем накапливают пыль, а затем, исчерпав газ, превращаются в массивные системы, не образующие звезды на более поздних этапах.
Если выводы этой научной группы верны, заметная доля рождения новых светил в ранней Вселенной долго оставалась скрытой от астрономов, а увидеть их целиком помогла лишь совместная работа двух телескопов. Ранее ученые сообщили о формальном обнаружении галактик старше Большого взрыва примерно на 100 миллионов лет, о чем Naked Science подробно рассказывал здесь.