До недавнего времени ученые не могли точно сказать, как именно в ранней Вселенной образовались гигантские эллиптические галактики, звездные «ядра» которых внешне напоминают выпуклые шарообразные структуры. Теперь данные наблюдений, полученные с помощью радиотелескопа ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), предоставили важную информацию об их формировании — результаты исследования могут стать недостающим фрагментом астрофизической головоломки.
Примеры изображений древних галактик. Снимки получены с помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб» / © Nature (2024).
Плоский вращающийся диск Млечного Пути (и других современных галактик) составляют относительно молодые звезды, вращающиеся по орбите, близкой к круговой. Гало при этом состоит из движущихся по вытянутым орбитам старых светил и имеет сфероидальную (шарообразную) форму.
Напомним, именно в таких эллиптических структурах содержится большая часть звезд во Вселенной, однако как именно образуются богатые пылью и звездообразованиям «ядра» — в результате слияния галактик, коллапса газовых облаков или постепенного перетекания вещества из диска внутрь, — ученые не знали.
Теперь международная исследовательская группа во главе с Цин-Хуа Тань (Qing-Hua Tan) из обсерватории Цзыцзиньшань (КНР) и Эмануэлем Дадди (Emanuele Daddi) из Университета Париж-Сакле (Франция) раскрыла неожиданный этап формирования объемных, шароподобных структур, характерных для современных массивных галактик — сфероидов.
Впервые детально рассмотреть структуру обитателей космоса, сформированных в относительно ранней Вселенной (когда ее возраст составлял менее половины от нынешнего), удалось с помощью сверхчувствительного радиотелескопа ALMA. Результаты научной работы представлены в журнале Nature.
Проанализировав архивные данные наблюдений для 146 ярких галактик в субмиллиметровом диапазоне (терагерцевом излучении) на больших красных смещениях
(то есть в относительно древней Вселенной), исследователи применили компьютерное моделирование и с его помощью восстановили форму и размеры светящихся пылью областей — «сердцевин» далеких звездообразующих систем.
Оказалось, древние галактики формировали свои почти шарообразные ядра из звезд и пыли непосредственно в период интенсивных вспышек звездообразования (чаще всего наблюдаются после столкновения двух галактик или близкого прохода одной возле другой). Они, как правило, указывают на их возможную связь с формированием массивных сфероидов, однако наблюдать их в оптическом и инфракрасном диапазонах было трудно из-за плотных пылевых облаков.
В итоге авторы исследования заключили, что в так называемый космический полдень — примерно через два-три миллиарда лет после Большого взрыва — ключевым механизмом формирования шарообразных структур (звездных «ядер») были интенсивные вспышки звездообразования. Решающую роль в описанном сценарии могли сыграть прямые слияния галактик и нестандартные газовые потоки — процессы, ответственные за «вспучивание» структур и их округлую форму.
Результаты новой научной работы — важный шаг к решению давней головоломки о происхождении массивных галактических сфероидов. Дальнейшие наблюдения с помощью радиотелескопа ALMA и космической обсерватории «Джеймс Уэбб» позволят уточнить теоретические модели формирования галактик и больше узнать об эволюции этих звездных «городов».
