В некоторых галактиках скорость звездообразования в сотни и даже тысячи раз выше, чем в Млечном Пути. Астрономы полагают, что за этими особыми галактиками, которые были более распространены в ранней Вселенной, стоят слияния. Однако новые результаты показывают, что в слияниях нет необходимости.
Эти галактики называются гиперсветящимися инфракрасными галактиками (HyLIRG), и они излучают большую часть своей энергии в инфракрасном диапазоне. Новое исследование изучило HyLIRG, которая в инфракрасном диапазоне в 10 000 раз ярче Млечного Пути.. Вместо хаотического слияния они обнаружили упорядоченное вращающееся газовое кольцо, которое, по их мнению, отвечает за обильное звездообразование в галактике.
Их результаты опубликованы в статье в журнале Nature Astronomy под названием «Детальное исследование редкого сверхсветящегося вращающегося диска в кольце Эйнштейна 10 миллиардов лет назад». Ведущий автор — Дайчжун Лю, профессор-исследователь обсерватории Пурпурная гора недалеко от Нанкина, Китай.
HyLIRG — самый редкий и самый экстремальный тип галактик со вспышкой звездообразования. Они появляются только в далекой древней вселенной. Галактика называется PJ0116-24 и имеет красное смещение z=2,125. Это значение красного смещения означает, что свет, который мы видим, был испущен около 10,5 миллиардов лет назад, а далекая галактика сейчас находится на расстоянии около 16 миллиардов световых лет от нас. На таком расстоянии астрономам пришлось использовать гравитационное линзирование, чтобы рассмотреть галактику. Это не только увеличило галактику, но и создало кольцо Эйнштейна.
Исследователи использовали два телескопа для наблюдения за галактикой. Очень Большой Телескоп отслеживал теплый газ с помощью прибора формирования изображения и спектрографа повышенного разрешения (ERIS), а Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакамы отслеживала холодный газ. Объединив наблюдения обоих телескопов, астрономы обнаружили упорядоченное кольцо вращающегося газа. Если бы слияние произошло и вызвало обильное звездообразование в галактике, такой упорядоченной структуры не было бы. Вместо этого морфология галактики была бы гораздо более хаотичной.
Авторы пишут: «Широко распространенный сценарий заключается в том, что HyLIRG — это далекий, более яркий хвост местных сверхярких ИК-галактик с экстремальной звездообразующей активностью, вызванной крупными слияниями». Другая возможность состоит в том, что эти галактики очень молоды и в них наблюдается максимальное звездообразование». скорость, связанная с молодостью. Проблема в том, что астрономы не наблюдали их достаточно часто, чтобы точно знать, что происходит.
Эта галактика была обнаружена в рамках проекта «Обзор всего неба Планка для анализа экстремальных звездных вспышек с помощью гравитационных линз» (PASSAGES), в ходе которого было обнаружено около 20 HyLIRG. PJ0116-24 — самая яркая галактика, обнаруженная на южном небе.
Авторы пишут: «Мы обнаружили, что PJ0116-24 имеет сильную вращательную поддержку и имеет более богатую газом субструктуру, чем другие известные HyLIRG. Наши результаты показывают, что PJ0116-24 представляет собой массивный и редкий диск звездообразования, который, вероятно, претерпевает вековую эволюцию». Его скорость звездообразования (SFR) составляет 1490 солнечных масс в год.-1.
Моделирование предсказывает, что максимальное SFR будет больше или равно 1000 солнечных масс в год.-1. Если эти наблюдения верны, то они показывают, что галактика может достичь максимального значения SFR, даже если она одна и не участвовала в слиянии.
«В отличие от почти всех других экстремальных HyLIRG, которые представляют собой крупные слияния, PJ0116-24, похоже, не имеет массивных спутников или возмущенной кинематики, свидетельствующих о крупных слияниях», — объясняют авторы в своей статье.
Галактика также имеет гораздо более высокую металличность, чем другие галактики ранней Вселенной. «Эти диагнозы предполагают металличность от солнечной до сверхсолнечной», — пишут авторы. «Это намного выше, чем у галактик без звездообразования с тем же красным смещением».
Амит Вишвас — научный сотрудник Корнеллского центра астрофизики и планетарных наук. Он является соавтором этой статьи и предыдущей статьи 2023 года, в которой JWST использовался для наблюдения другой галактики в более ранний срок с аналогичными газовыми условиями и содержанием металлов. PJ0116-24 примерно в пять раз массивнее и ярче этих. Вишвас говорит, что обе галактики помогают астрономам получить лучшее представление о том, как развиваются галактики.
«В обоих случаях гравитационное линзирование помогло нам приблизиться и изучить детали межзвездной среды этих галактик», — сказал Вишвас в пресс-релизе. «Я считаю, что эти новые наблюдения помогут нам доказать, как галактики развиваются и строятся — они эффективно превращают газ в звезды в быстрых всплесках роста, разделенных длительными периодами относительного покоя».
«Надежное подтверждение PJ0116-24 как наиболее ротационно усиленного HyLIRG в этой работе является важным доказательством того, что вековая эволюция, то есть без недавних крупных слияний, может быть ответственна за максимальное звездообразование во Вселенной», — заключают авторы в своей работе. .
