Астрономы использовали Большой миллиметровый/субмиллиметровый массив Атакамы (ALMA) для изучения ранней Вселенной и обнаружения строительных блоков галактик в годы их формирования.
Исследование под названием CRISTAL (от [CII] Resolved ISM in STar-forming galaxies with ALMA) выявило холодный газ, пыль и фрагментарное звездообразование в галактиках, наблюдаемых такими, какими они были всего через 1 миллиард лет после Большого взрыва.
«Благодаря уникальной чувствительности и разрешению ALMA мы можем исследовать внутреннюю структуру этих ранних галактик так, как это было невозможно раньше», — сказал Родриго Эррера-Камус, главный исследователь проекта CRISTAL, профессор Университета Консепсьона и директор Nucleus for Galaxy Formation (MINGAL) в Чили. «CRISTAL показывает нам, как формировались первые галактические диски, как звёзды возникали в гигантских скоплениях и как газ формировал галактики, которые мы видим сегодня».
Программа CRISTAL
CRISTAL, часть крупной программы ALMA, наблюдала за 39 типичными галактиками со звездообразованием, выбранными для представления основной популяции галактик в ранней Вселенной. Используя эмиссию линии [CII], специфический тип света, излучаемого ионизированными атомами углерода в холодном межзвёздном газе, в качестве индикатора холодного газа и пыли, и объединив его с изображениями в ближнем инфракрасном диапазоне, полученными с помощью космических телескопов Джеймса Уэбба и Хаббла, исследователи создали подробную карту межзвёздной среды в каждой системе.
Среди ключевых выводов исследования, опубликованного в Astronomy & Astrophysics, является то, что в большинстве галактик звездообразование происходило в крупных скоплениях, каждое из которых охватывает несколько тысяч световых лет. Это раскрывает механизмы формирования и эволюции областей звездообразования. Подмножество галактик показало признаки вращения, что указывает на раннее формирование дискообразных структур, являющихся предшественниками современных спиральных галактик. Эмиссия [CII] часто простиралась далеко за пределы видимых звёзд, что указывает на наличие холодного газа, который может способствовать будущему звездообразованию или быть выброшенным звёздными ветрами.
«Что интересно в CRISTAL, так это то, что мы видим ранние галактики не просто как точки света, но как сложные экосистемы», — сказала Лорето Баркос-Муньос, соавтор исследования, астроном в Национальной радиоастрономической обсерватории США (NRAO) и контактное лицо ALMA для этого исследования. «Этот проект показывает, как ALMA может исследовать внутреннюю структуру галактик даже в далёкой Вселенной, раскрывая механизмы их эволюции, взаимодействия и формирования звёзд».
Две галактики в исследовании выделялись. В CRISTAL-13 обнаружены массивные облака космической пыли, которые блокируют видимый свет новорождённых звёзд. Этот свет преобразуется в миллиметровые волны, обнаруживаемые ALMA, что позволяет выявить структуры, полностью скрытые от телескопов, работающих в оптическом или инфракрасном диапазонах.
CRISTAL-10 представляет собой загадочный случай: его ионизированное углеродное излучение необычно слабое по сравнению с инфракрасной яркостью. Такая черта наблюдается только в редких, сильно затемнённых галактиках, подобных Arp 220 в близлежащей Вселенной. Это указывает на экстремальные физические условия или необычный источник энергии в его межзвёздной среде.
«Эти наблюдения подчёркивают потенциал ALMA как машины времени, позволяющей нам заглянуть в раннюю эпоху Вселенной», — сказал Серхио Мартин, руководитель отдела научных операций в ALMA. «Программы вроде CRISTAL демонстрируют возможности крупных программ ALMA в проведении высокозначимых научных исследований. Они позволяют нам решать важные вопросы космической эволюции с беспрецедентной глубиной и разрешением, которые может обеспечить только обсерватория мирового класса, подобная ALMA».
Проведя первое систематическое исследование холодного газа в ранних галактиках и сравнив его со звёздами и пылью, CRISTAL открывает новое окно в космическую историю. Исследование закладывает основу для будущих наблюдений, которые могут раскрыть, как галактики переходят от турбулентных ранних фаз к хорошо структурированным системам, которые мы видим в локальной Вселенной.
«CRISTAL предоставляет данные в нескольких диапазонах волн, которые позволяют нам тестировать и совершенствовать наши теории эволюции галактик», — сказал Эррера-Камус. «Это важный шаг к пониманию того, как появились такие галактики, как наш Млечный Путь».
Предоставлено обсерваторией ALMA.