Компьютерное моделирование того, как выглядят газ и звезды в скоплении галактик, показывающее, как скопления галактик встроены в космическую паутину нитей. На цветных изображениях интенсивность и цвет изображения представляют плотность и температуру газа. На этих рисунках показаны последовательные увеличения галактики, заключенной в нить. Идя против часовой стрелки сверху справа, масштабные линейки обозначают длины в 3,3 миллиона световых лет, 3,3 миллиона световых лет, 330 тысяч световых лет, 33 тысячи световых лет. На изображении справа внизу показаны звезды в галактиках этого смоделированного скопления, масштабная линейка соответствует 330 тысячам световых лет. Программа WISESize будет использовать наблюдения для измерения пространственного распределения газа и звезд в галактиках, когда они движутся через космическую паутину, пронизывающую близлежащую Вселенную. Сравнивая модели, подобные показанным здесь, Рудник и его коллеги смогут определить, как космическая паутина изменяет галактики. Фото: Янник Баэ.
Исследователи из Университета Канзаса (КУ) надеются лучше понять сложные механизмы эволюции галактик, которые в течение своей жизни путешествуют через «космическую паутину» различных сред.
Грегори Рудник, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета, возглавляет группу по изучению «содержания газа и свойств звездообразования в галактиках», которые изменяются в зависимости от того, где они движутся в космосе.
«Основная цель этого проекта — понять влияние факторов окружающей среды на трансформацию галактик», — сказал Рудник. «Во Вселенной галактики распределены неравномерно, характеризуясь различной плотностью. Эти галактики объединяются в большие скопления, состоящие из сотен и тысяч галактик, а также в более мелкие группы, состоящие из десятков и сотен галактик».
Кроме того, галактики могут быть частью удлиненных нитевидных структур или могут находиться в изолированном состоянии в регионах Вселенной с более низкой плотностью, сказал он.
Предыдущие усилия были сосредоточены в основном на сравнении галактик в скоплениях и группах с галактиками в регионах Вселенной с самой низкой плотностью, называемых «полем». Эти исследования игнорировали магистраль нитей, соединяющую самые плотные области. Команда Рудника рассмотрит полный динамический диапазон плотностей во Вселенной, сосредоточив внимание на том, как галактики реагируют на окружающую среду в нитях, которые направляют их к галактическим группам и скоплениям галактик, изменяя эволюцию галактик на этом пути.
«Галактики следуют по пути в эти волокна, впервые испытывая плотную среду, прежде чем перейти в группы и скопления», — сказал Рудник. «Изучение галактик в нитях позволяет нам изучить первоначальные встречи галактик с плотной средой. Большинство галактик, попадающих в «городские центры» скоплений, делают это по этим «супермагистралям», и лишь минимальное количество выбирает сельские маршруты, которые приводят их в кластеры и группы без особого взаимодействия с окружающей средой.
«В то время как нити подобны автомагистралям между штатами, эти менее посещаемые маршруты в густонаселенные регионы сродни аналогии с поездкой по сельским дорогам в Канзасе, чтобы добраться до городской черты. Галактики могут существовать в нитях или быть в группах, которые расположены в нитях, как бусины на Действительно, большинство галактик во Вселенной существуют внутри групп. Поэтому в ходе нашего исследования мы одновременно получим представление как о начале воздействия окружающей среды на галактики, так и о том, как галактики ведут себя в областях, где они наиболее часто встречаются, волокна и группы».
Ключевым направлением исследований будет то, как условия внутри этих нитей, полей, групп и скоплений галактик изменяют «барионный цикл» газов внутри и вокруг галактик. Каждое космическое соседство меняет поведение газа внутри и вокруг галактик и может даже влиять на самый плотный молекулярный газ, из которого формируются звезды. Таким образом, нарушения этого барионного цикла могут либо способствовать, либо препятствовать образованию новых звезд.
Недавно в федеральном отчете астрономического сообщества, устанавливающем цели астрономических исследований на 2020-е годы — десятилетнем обзоре Astro2020, — было названо понимание барионного цикла ключевой научной темой на ближайшее десятилетие.
«Пространство между галактиками содержит газ. Действительно, большинство атомов во Вселенной находятся в этом газе, и этот газ может аккрецироваться на галактиках», — сказал Рудник. «Этот межгалактический газ претерпевает трансформацию в звезды, хотя эффективность этого процесса относительно низка, и лишь небольшой процент способствует образованию звезд. Большая часть выбрасывается в виде сильных ветров. Некоторые из этих ветров выходят в космос, называемые оттоки, а другие перерабатываются и возвращаются.
«Этот непрерывный цикл аккреции, рециркуляции и оттока называется барионным циклом. Галактики можно представить как двигатели обработки барионов, извлекающие газ из межгалактической среды и превращающие часть его в звезды. Звезды, в свою очередь, превращаются в сверхновые, производя более тяжелые элементы. Часть газа выбрасывается в космос, образуя галактический фонтан, который в конечном итоге падает обратно в галактику».
Однако Рудник объяснил, что когда галактики сталкиваются с плотной средой, они могут испытывать давление, вызванное их прохождением через окружающий газ, а это давление, в свою очередь, может нарушить барионный цикл либо за счет активного удаления газа из галактики, либо за счет лишения галактики будущее газоснабжение. Действительно, в центрах скоплений галактики могут обнаружить, что их звездообразующая сила угасает по мере прекращения поставок газа.
«Это нарушение влияет на поглощение и выброс газа галактиками, что приводит к изменениям в процессах звездообразования», — сказал он. «Хотя может наблюдаться временное увеличение звездообразования, почти во всех случаях это в конечном итоге приводит к снижению звездообразования».
В число сотрудников Рудника в KU войдут аспиранты, такие как Ким Конгер, чья работа помогла сформировать заявку на грант, а также студенты-исследователи. Его со-исследователь Роуз Финн, профессор физики и астрономии в Сиенском колледже, также будет нанимать и обучать студентов.
Исследователи будут использовать наборы астрономических данных, такие как DESI Legacy Survey, WISE и GALEX, изображения около 14 000 галактик. Дополнительные новые наблюдения будут проводиться персоналом обоих кампусов с использованием Сиенского 0,7-метрового телескопа Planewave для получения новых изображений галактик, оснащенных специальным фильтром, который будет приобретен за счет гранта. Студенты КУ смогут вести удаленные наблюдения с помощью сиенского телескопа, как они уже делали это на совместном курсе наблюдательной астрономии в 2021 и 2023 годах.
Работа с сообществом
В работу также будут вовлечены учащиеся старших классов в Канзасе и Нью-Джерси в рамках программы, которую Рудник начал много лет назад, чтобы внедрить курсы астрономии университетского уровня в средние школы. Новый грант открывает класс астрономии для средней школы при Сиенском колледже и расширяет курс, уже предлагаемый в средней школе Лоуренса, расположенной недалеко от кампуса Университета Лоуренса. Работа Рудника над этим курсом принесла ему стипендию для участия в сообществе от KU в 2020 году.
Информация от: Университетом Канзаса
