Астрономы исследовали массивные, плотные фабрики звёзд, не похожие на те, что встречаются в Млечном Пути, в большом количестве галактик по всей местной Вселенной. Полученные данные позволяют редко взглянуть на процессы, формирующие галактики в самой ранней Вселенной, и, возможно, на Млечный Путь через несколько миллиардов лет.
Галактики, излучающие в инфракрасном диапазоне
Галактики, известные как светящиеся и ультрасветящиеся инфракрасные галактики (LIRGs и ULIRGs), относительно редки в местной Вселенной. По словам Шона Линдена, научного сотрудника обсерватории Стюарда Университета Аризоны, который представил результаты на пресс-брифинге на 246-м заседании Американского астрономического общества 11 июня, всего 202 таких галактики известны в пределах 400 мегапарсеков (1,3 миллиарда световых лет) от Земли.
Отличия LIRGs и ULIRGs от спиральных галактик
LIRGs и ULIRGs отличаются от спиральных галактик, таких как Млечный Путь, тем, что они находятся в процессе слияния с другими галактиками. Большинство из них имеют такие особенности, как два галактических ядра вместо одного или вытянутые «хвосты», поскольку гравитация растягивает и деформирует два объекта. И в отличие от «современных» галактик, они содержат «скопления» — плотные регионы, наполненные новорождёнными звёздами, которые намного массивнее, чем что-либо, встречающееся в «типичных», развитых галактиках, не подвергающихся слиянию.
«Эти галактики очень неоднородны, сильно отличаются от красивых спиральных галактик, которые мы видим сейчас, таких как Млечный Путь», — сказал Линден. «И мы знаем из космологических симуляций, что эти скопления были строительными блоками галактик в ранней Вселенной».
Интерес астрономов к LIRGs и ULIRGs
Астрономы интересуются LIRGs и ULIRGs, потому что они служат окнами в далёкое прошлое, когда Вселенная была намного моложе, галактики были менее развиты и сталкивались друг с другом гораздо чаще, чем сегодня.
Исследование Great Observatories All-sky LIRG Survey (GOALS)
Исследование объединяет визуальные и спектроскопические данные космических обсерваторий NASA — «Спитцер», «Хаббл», «Чандра» и «GALEX» — в комплексном изучении более чем 200 наиболее светящихся инфракрасных галактик в местной Вселенной. Теперь инфракрасные наблюдения, проведённые с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба NASA, предоставили наиболее полную перепись этих галактик.
Исследование проводится с октября 2023 года по сентябрь 2024 года и является единственным в своём роде. Команда планирует опубликовать результаты в предстоящем выпуске «Астрономического журнала».
«Вы можете представить, что миллион солнц формируется в одном небольшом компактном регионе, и в одной из этих галактик сотни тысяч таких скоплений», — сказал Линден. «Для сравнения, самые массивные молодые скопления в Млечном Пути имеют массу около 1000 солнц, и в среднем одна звезда рождается каждый год».
Когда две галактики сталкиваются и сливаются, темпы звездообразования резко возрастают, объяснил Линден, в результате чего образуются массивные скопления, которых нет в других галактиках, не подвергающихся слиянию.
«Эти комковатые структуры накапливаются с течением времени, пока не становятся невероятно массивными, и если мы хотим понять их и то, как они на самом деле способствуют эволюции галактик во времени, нам нужно изучить их подробно», — сказал Линден.
Хотя звездообразующие скопления уже наблюдались с помощью космического телескопа «Хаббл», только инфракрасные возможности JWST позволили астрономам отодвинуть завесу густой пыли, которая мешала им получить более детальный взгляд на эти особенности.
Результаты исследования также подтверждают прогнозы эволюции галактик, основанные на симуляциях, проведённых на суперкомпьютерах, которые предсказывали, что «типичные» дискообразные галактики содержат меньше скоплений звездообразования, и большая часть звездообразования происходит в небольших скоплениях, как это наблюдается в Млечном Пути сегодня. Слияния приводят к образованию более крупных скоплений и их большему количеству, и большая часть звездообразования происходит в массивных скоплениях.
«Мы начинаем завершать картину, сравнивая впервые наблюдения массивных скоплений как из близлежащей, так и из далёкой Вселенной», — сказал Линден. «Возможность различить ранее скрытые детали в этих необычно массивных звездообразующих скоплениях помогает исследователям лучше понять, как эти особенности и их галактики-хозяева развивались с течением времени, по сути, предоставляя естественную лабораторию для типа галактики, который — по большей части — больше не существует во Вселенной, за исключением её самых отдалённых, внешних регионов».
«В местном пространстве мы получаем информацию о том, что происходило 10 миллиардов лет назад», — сказал Линден, чья работа была сосредоточена на визуализации скоплений и звёздных скоплений, и который руководил сбором, обработкой и анализом данных.
Ранняя Вселенная была намного плотнее, объяснил он, и слияния между галактиками происходили гораздо чаще, образуя массивные звездообразующие скопления. По мере развития Вселенной и расширения пространства галактики становились всё более и более похожими на Млечный Путь и зрелые спиральные галактики, которые мы видим сегодня.
«Раньше Вселенная была гораздо более жестокой и экстремальной, а теперь успокаивается», — сказал Линден. «Вот почему эти редкие примеры экстремальных галактик больше не существуют в местной Вселенной, потому что в целом большинство галактик также успокоилось».
Кроме того, по словам Линдена, исследованные галактики намекают не только на прошлое, но и на будущее. В какой-то момент галактики Млечный Путь и Андромеда столкнутся в течение нескольких миллиардов лет, и когда это произойдёт, слияние может спровоцировать новый раунд массивного звездообразования в обеих галактиках.
«По мере того как Андромеда приближается, и давление в межзвёздной среде возрастает, внезапно скопления, которые вы обнаружите, формируя Млечный Путь, будут становиться всё более и более массивными».
Предоставлено Университетом Аризоны.