Недавно опубликованные исследования показывают, что мощные ветры, вызванные звездами, способны уничтожать галактики, предотвращая создание новых звезд на раннем этапе космической истории. Это открытие, основанное на данных космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), предлагает новое понимание эволюции галактики.
Процесс столкновения галактик, приводящий к их слиянию в единую массивную структуру, также может стать причиной «смерти» этих небесных скоплений, выпустив струи газа, тормозящие образование звезд. Это сложное космическое взаимодействие переопределяет понимание того, как развиваются галактики.
Эта динамика может пролить свет на загадку ранней Вселенной, где несколько наблюдений с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) обнаружили галактики, которые стали удивительно большими всего за миллиард лет после Большого взрыва. Столь же неожиданно, многие из этих галактик уже прекратили свое звездное производство и стали неактивными примерно миллиард лет спустя.
Хотя в прошлом считалось, что галактические ветры ответственны за «убийство» галактик, у астрономов не было прямых доказательств того, что этот процесс действительно может подавить звездообразование на такой отдаленной стадии космоса. Теперь новое исследование, опубликованное 10 июня в журнале «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества» международной командой, описывает, как газовые потоки, генерируемые звездами, могут гасить галактики, создавая неактивные структуры, наблюдаемые JWST.
Обнаружение утечки газа в ранней Вселенной
Ученые использовали JWST в сочетании с радиотелескопом с большой миллиметровой/субмиллиметровой решеткой Атакамы (ALMA), расположенным в пустыне Атакама в Чили, для исследования системы галактик, известной как CRISTAL-02, в том виде, в каком она существовала через миллиард лет после Большого взрыва. Тщательный анализ позволил выявить важные детали его деятельности.
Имея звездную массу, превышающую массу Солнца в 10 миллиардов раз, CRISTAL-02 представляет собой продвинутую стадию слияния нескольких галактик. Кроме того, в системе имеется гигантский газовый шлейф, простирающийся на расстояние, почти равное самой галактической системе, и уходящий в космос со скоростью сотни километров в секунду.
Как объясняют авторы исследования, этот колоссальный поток, составляющий 1,5 миллиарда солнечных масс, по-видимому, вызван интенсивным всплеском звездообразования и гибелью звезд. Оба явления происходят во время галактических столкновений, сжимающих большие облака газа и вызывающих рождение новых звезд, в том числе массивных звезд, которые разрушаются в результате сильных взрывов сверхновых каждые несколько миллионов лет. Интенсивные радиоактивные ветры, испускаемые этими молодыми звездами и их умирающими старшими сестрами, могут затем подавлять звездообразование, заряжая энергией и рассеивая карманы холодного молекулярного газа, прежде чем он сможет гравитационно коллапсировать, порождая новые звезды.
«В галактике существует мощный ветер, который выбрасывает материал в два раза быстрее, чем сама галактика формирует звезды», — заявила в своем заявлении Ребекка Дэвис, астрофизик из Технологического университета Суинберна в Австралии. Это наблюдение подчеркивает интенсивность и эффективность этих ветров.
Галактическая система CRISTAL-02 может создавать около 260 новых звезд солнечной массы каждый год, что в три раза выше, чем в галактиках аналогичной массы и возраста. Однако исследователи также обнаружили, что она теряет более 500 солнечных масс ежегодно, что в 20 раз быстрее, чем это наблюдается в типичных массивных галактиках.
«Мы мало что знаем о том, как первые галактики перестали образовывать звезды. Эта работа напрямую показывает этот процесс в действии», — объяснил Андреас Файсст, астроном-наблюдатель из Калифорнийского технологического института, в электронном письме Live Science. Он добавил: «Если поток продолжится, в галактике закончится газ для образования звезд менее чем через 100 миллионов лет — мгновение ока в астрофизических терминах».
Доказательства общего космического явления
Это исследование предлагает модель галактического старения, процесса постепенного ухудшения. «Почти половина первичных массивных галактик взаимодействует с другими близлежащими галактиками, что позволяет предположить, что это не изолированное явление, а, скорее, широко распространенное космическое событие», — добавил Дэвис.
Однако предыдущие моделирования показали, что потоки активных черных дыр, а не звезд, могут быть в первую очередь ответственны за создание покоящихся галактик. Оттоки, вызванные звездными взрывами, прекращаются, когда прекращается звездообразование, тогда как оттоки, создаваемые черными дырами, могут сохраняться в течение сотен миллионов лет после этого.
По этой причине исследователи не могут исключить возможность того, что наблюдаемый в КРИСТАЛ-02 поток был порожден мощной, но неактивной на момент наблюдения черной дырой. Сложность явлений требует постоянного исследования.
Кроме того, ученые сравнили поток CRISTAL-02 с выборкой из 99 других подобных потоков, охватывающих 12 миллиардов лет, чтобы увидеть, развивается ли этот процесс обратной связи с течением времени. Они пришли к выводу, что эффективность потока оставалась в основном постоянной на протяжении всей космической истории, даже несмотря на то, что внутренние свойства галактик менялись, а Вселенная расширялась и старела. Более того, определение механизмов обратной связи в ранней Вселенной, которые диктуют галактическую эволюцию, может помочь астрономам улучшить космологические модели, стремящиеся объяснить внешний вид и поведение нынешнего космоса.
«Если многие ранние галактики сталкиваются и испытывают быстрый рост, неудивительно, что мы видим так много «мертвых» галактик в ранней Вселенной», — объяснил Дэвис. «КРИСТАЛЛ-02 предлагает естественное решение загадки того, почему эти массивные галактики живут быстро и умирают молодыми».
Подобные процессы продолжаются и сегодня, регулируя звездно-плотные сектора в нашей галактике. Они также могли бы определить его отдаленное будущее, поскольку Млечный Путь может столкнуться с Андромедой, своим ближайшим соседом, примерно через 4,5 миллиарда лет. Это слияние «вероятно, вызовет звездный взрыв, связанный с интенсивными звездными ветрами, возможно, подобными тому, что мы наблюдали в КРИСТАЛЛЕ-02», предсказал Файсст в электронном письме, подчеркнув, как подобные исследования помогают нам предвидеть судьбу нашего собственного космического дома.