Необычную яркость галактик ранней Вселенной связали с излучением молодых звезд
Первые галактики оказались сильно ярче, чем предсказывали модели. Звездообразование в них шло чрезвычайно активно, что долго сохраняло загадку. Ведь в теории мощное излучение молодых светил должно было выталкивать из галактики газ, необходимый для рождения новых звезд. Теперь астрофизики показали, что даже экстремально сильное давление света не обязательно мешает звездообразованию. Более того, оно могло даже способствовать необычайной яркости ранних галактик.
Галактики начали формироваться в течение нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва. В ту эпоху в космосе было меньше тяжелых химических элементов, чем сегодня. Газ собирался в плотные облака, внутри которых возникали массивные скопления новых звезд. Именно такие компактные и чрезвычайно яркие объекты ранее обнаружил космический телескоп «Джеймс Уэбб».
Вот только столь активное звездообразование трудно объяснить. Молодые массивные звезды испускают мощное ультрафиолетовое излучение, которое нагревает окружающий газ и оказывает на него давление. Под действием излучения вещество может покидать области звездообразования, лишая новые звезды материала для роста. Поэтому было неясно, как ранним галактикам удалось столь быстро формировать огромное количество светил.
Дополнительное давление на газ создает излучение самого водорода. Когда электроны соединяются с ионами водорода, образовавшиеся атомы могут испускать ультрафиолетовое излучение, известное как линия Лайман-альфа. Этот свет не сразу покидает газовое облако: фотоны многократно рассеиваются на атомах нейтрального водорода, каждый раз передавая газу импульс. В результате давление излучения усиливается, способствуя его вытеснению из области звездообразования.
Астрофизики Шьям Менон (Shyam H. Menon) из Ратгерского университета и Аарон Смит (Aaron Smith) из Техасского университета (оба в США) изучили этот механизм с помощью компьютерного моделирования. Они рассмотрели газовое облако массой около миллиона солнечных масс и радиусом примерно 33 световых года. Внутри него формировалось плотное звездное скопление.
Затем исследователи проследили, как фотоны Лайман-альфа распространяются через неоднородный газ, многократно рассеиваясь на атомах водорода и поглощаясь пылью. Расчеты провели для нескольких вариантов содержания пыли, включая ее полное отсутствие.
Выяснилось, что излучение молодых звезд по-разному действует на окружающий газ. В наиболее плотных областях гравитация оказывается сильнее давления света, поэтому вещество продолжает поступать к растущим звездам. А вот разреженный газ излучение может выталкивать за пределы скопления. Таким образом, молодые светила продолжают расти, даже при потери части окружающего вещества.
Расчеты показали, что при небольшом количестве пыли давление излучения может снижать эффективность звездообразования всего примерно на 10 процентов. Причем, даже если пыли нет совсем, в звезды способно превратиться не менее четверти исходного газа. Для сравнения: в типичных современных областях звездообразования этот показатель обычно не превышает 10 процентов.
При этом излучение Лайман-альфа воздействовало на газ много сильнее, чем ультрафиолетовое и инфракрасное на пыль. В зависимости от количества пыли разница могла достигать сотен раз. Столь мощное излучение способно быстро выталкивать разреженный газ, позволяя свету молодых звезд легче покидать пределы галактик.
Этот механизм, по мнению авторов научной работы, опубликованной в The Astrophysical Journal, может объяснить необычную яркость ранних галактик. То есть молодые звезды продолжали получать газ для роста, а их излучение расчищало окружающее пространство, позволяя свету легче выходить наружу. Однако эти выводы еще предстоит проверить в более подробном моделировании.
Telegram 
Дзен 
VK 
