Понимание скорости звездообразования (SFR) в галактике имеет решающее значение для понимания самой галактики. Некоторые галактики являются галактиками звездообразования с чрезвычайно высокими SFR, некоторые являются погашенными или спокойными галактиками с очень низкими SFR, а некоторые находятся посередине. Исследователи использовали JWST для наблюдения пары галактик в Космический полдень, которые только начинают сливаться, чтобы увидеть, как SFR варьируются в разных областях обеих галактик.
Редкое выравнивание массивных объектов в космосе позволило астрономам с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба наблюдать пару далеких древних галактик, которые только начинают взаимодействовать и сливаться. JWST видит галактики такими, какими они были около семи миллиардов лет назад, ближе к концу Космического полдня Вселенной. Космический полдень был, когда звездообразование было на пике.
Одна из галактик — голубая, повернутая лицом к нам, а другая — пыльная красная, повернутая ребром. JWST может видеть их только из-за промежуточного скопления галактик под названием MACS-J0417.5-1154. Это гравитационная линза, которая увеличивает свет от пары галактик и размазывает свет галактик в дугу.
Астрономы обнаружили множество гравитационных линз и регулярно используют их для наблюдения за объектами, которые в противном случае почти невозможно увидеть. Но эта линза отличается. Это гиперболическая пупочная гравитационная линза, которая создает несколько изображений одних и тех же объектов, каждое из которых имеет разное увеличение и яркость.
«Мы знаем только о трех или четырех случаях подобных конфигураций гравитационных линз в наблюдаемой Вселенной, что делает эту находку захватывающей, поскольку она демонстрирует силу Уэбба и предполагает, что, возможно, теперь мы найдем больше таких», — сказал астроном Гийом Депре из Университета Святой Марии в Галифаксе, Новая Шотландия. Депре работает с канадским NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS), командой, представляющей результаты Уэбба.
Скопление не только увеличивает далекие фоновые галактики, но и искажает их внешний вид и производит множественные копии. Вместе с неродственной галактикой галактики объединяются, чтобы выглядеть как вопросительный знак. Их окрестили Галактической парой Вопросительный знак.
Это не первый раз, когда астрономы наблюдают эти галактики. Хаббл наблюдал их ранее. Но Хаббл и JWST видят вещи по-разному. JWST может видеть более длинные волны инфракрасного света, которые проходят через космическую пыль, в то время как Хаббл видит только длины волн света, которые задерживаются в пыли. Таким образом, Хаббл не смог обнаружить форму вопросительного знака, тогда как JWST смог.
«Это просто круто выглядит. Именно из-за таких потрясающих изображений я в молодости увлекся астрономией», — сказал астроном Марцин Савицкий из Университета Святой Марии, один из ведущих исследователей в группе.
Но форма вопросительного знака — это просто интересная визуальная диковинка. Исследование посвящено звездообразованию, и эти результаты подчеркивают способность JWST определять области звездообразования в далеких галактиках.
«Знание того, когда, где и как происходит звездообразование внутри галактик, имеет решающее значение для понимания того, как галактики развивались на протяжении истории Вселенной», — сказал астроном Висенте Эстрада-Карпентер из Университета Святой Марии. Эстрада-Карпентер использовал как ультрафиолетовые данные Хаббла, так и инфракрасные данные Уэбба, чтобы показать, где в галактиках формируются новые звезды.
Исследователи разработали новый метод исследования SFR в различных временных масштабах около десяти миллионов лет и ста миллионов лет. Временная шкала в десять миллионов лет основывалась на картах линий излучения H-альфа, а временная шкала в сто миллионов лет основывалась на наблюдениях ультрафиолетового излучения. H-альфа чувствительна к временным масштабам в десять миллионов лет, поскольку она исходит от газа вокруг массивных короткоживущих звезд. УФ чувствительна к временным масштабам в сто миллионов лет, поскольку она исходит от более долгоживущих звезд.
Соотношение между ними может пространственно разрешить проблему всплесков звездообразования.
Они обнаружили, что SFR уменьшаются на больших расстояниях от галактического центра. Это неудивительно, поскольку газ, формирующий звезды, имеет тенденцию накапливаться вблизи галактических ядер. Однако они также обнаружили, что в целом SFR увеличился в 1,6 раза за последние ~100 млн лет, что является признаком того, что галактики начинают сливаться.
Чтобы лучше понять процесс слияния, исследователи разбили КМП на сегменты: голубой галактический балдж и диск, красный балдж и диск и три типа сгустков: разрывающиеся, равновесные и гаснущие.
«Обе галактики в Вопросительной паре демонстрируют активное звездообразование в нескольких компактных регионах, вероятно, в результате столкновения газа из двух галактик», — сказал Эстрада-Карпентер. «Однако форма ни одной из галактик не выглядит слишком нарушенной, поэтому мы, вероятно, наблюдаем начало их взаимодействия друг с другом».
Они идентифицировали двадцать звездообразующих сгустков в паре галактик, подчеркивая способность JWST пространственно разрешать звездообразование в далеких галактиках. Из этих 20, семь испытывали взрывное звездообразование, 10 были в состоянии гашения, и три находились в равновесии. Голубая галактика, обращенная плашмя, особенно ее диск, в основном находится в фазе гашения, что имеет смысл, поскольку JWST видит пару галактик, когда они были близки к концу космического полдня.
Галактики становятся массивнее, сливаясь, и одна из научных целей JWST — лучше понять слияния и то, как они влияют на формирование звезд. QMP может начать сливаться, что только увеличивает его ценность как цели для наблюдений.
«Что делает QMP таким интересным, так это то, что эти галактики, возможно, находятся в начале взаимодействия (поскольку их морфология, по-видимому, не нарушена). Взаимодействие между парой галактик может привести к всплеску звездообразования, и это может быть причиной того, что голубая галактика, обращенная плашмя, содержит так много слипшихся областей звездообразования», — пишут авторы в своей статье.
Эти результаты также дают нам возможность увидеть, как выглядела наша галактика во время космического полдня.
«Эти галактики, которые мы видели миллиарды лет назад, когда звездообразование было на пике, по массе схожи с галактикой Млечный Путь в то время. Уэбб позволяет нам изучить, какими были бы юношеские годы нашей собственной галактики», — сказал Савицкий.
