С тех пор, как он начал функционировать почти два года назад, Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) создало бесчисленное множество захватывающих дух изображений Вселенной и позволило по-новому взглянуть на то, как она развивалась. В частности, инструменты телескопа оптимизированы для изучения космологической эпохи, известной как Космический Рассвет, ок. От 50 миллионов до одного миллиарда лет после Большого взрыва, когда образовались первые звезды, черные дыры и галактики во Вселенной. Однако астрономы также получают возможность лучше взглянуть на последующую эпоху, Космический полдень, которая длилась от 2 до 3 миллиардов лет после Большого взрыва.
Именно в это время значительно выросли первые галактики, сформировалось большинство звезд во Вселенной, а сверхмассивные черные дыры (СМЧД) превратились в невероятно светящиеся квазары. Ученые стремились лучше изучить галактики, датированные этим периодом, чтобы увидеть, как сверхмассивные черные дыры влияют на звездообразование в молодых галактиках. Используя данные ближнего инфракрасного диапазона, полученные УэббМеждународная группа астрономов провела детальные наблюдения за более чем 100 галактиками, появившимися через 2–4 миллиарда лет после Большого взрыва, совпавшего с космическим полуднем.
Исследование возглавила Ребекка Л. Дэвис, научный сотрудник Центра астрофизики и суперкомпьютеров (CAS) Технологического университета Суинберна и Центра передового опыта ARC в области астрофизики всего неба в трех измерениях (ASTRO 3D). К ней присоединились исследователи из Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики (CfA), Института астрофизики Лейбница (AIP), Института гравитации и космоса (LGC) и Института вычислений и наук о данных (ICDS) в Университете штата Пенсильвания. , Институт космологии Кавли и Кавендишская лаборатория Кембриджского университета, Лаборатория астрофизики Колумбийского университета и многие другие.
Препринт их статьи недавно появился в Интернете и сейчас рассматривается для публикации в журнале. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. Как они указывают в своей статье, понимание механизма(ов), ответственного за прекращение звездообразования в массивных галактиках, является ключом к пониманию того, как развивались галактики. Когда галактики перестают образовывать звезды, они, по сути, перестают расти и изменяться и становятся статичными и «старыми». Как рассказал д-р Дэвис в интервью Universe Today по электронной почте, гашение — это фундаментальный процесс в жизненном цикле галактик, который астрономы до сих пор не понимают в деталях.
За последнее десятилетие было проведено несколько крупных исследований галактик, которые улучшили наше понимание оттоков во время космического полудня – когда ожидалось, что обратная связь от СМЧД будет наиболее активной. В результате возник общий консенсус, согласно которому все сводится к активным галактическим ядрам (АЯГ) – также известным как квазары – которые питаются от сверхмассивной черной дыры в своем ядре. Согласно этому консенсусу, мощное излучение АЯГ будет вытеснять холодный газ, одновременно нагревая газовый резервуар в галактическом гало. Это предотвращает охлаждение и повторное накопление указанного газа, который питает звездообразование, для пополнения резервуара. Как объяснил доктор Дэвис:
«Точно установлено, что активные ядра галактик – сверхмассивные черные дыры, потребляющие большое количество газа – могут вызывать истечения из галактик. Самые мощные АЯГ вызывают очень массивные выбросы, которые, возможно, могут удалить весь газ из родительских галактик за относительно «короткий» промежуток времени (в астрономических терминах!) и привести к прекращению звездообразования. Однако более «нормальное» АЯГ, по-видимому, вызывает гораздо более слабые оттоки, и ведутся споры о том, достаточно ли мощны эти оттоки, чтобы подавить звездообразование».
Существует множество косвенных доказательств того, что массивные галактики гасятся из-за активности сверхмассивных черных дыр, но прямых доказательств этого до сих пор не было. «Картина сложна, поскольку потоки являются «многофазными» — они содержат газ, охватывающий широкий диапазон температур и плотностей, который излучает свет во всем электромагнитном спектре — от рентгеновских лучей до радиоволн», — добавил Дэвис. «Большинство наших наблюдений нацелены на ионизированный газ, потому что его легче всего увидеть. Однако мы думаем, что на это приходится лишь около 1% оттоков, поэтому мы соскребаем лишь верхушку айсберга, когда дело касается вытекающей массы».
В своем исследовании команда опиралась на данные, полученные УэббБесщелевой спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) 113 галактик, выбранных из полного массового обзора Голубой Сойки. Это исследование было частью общих наблюдений цикла 1 JWST (GO 1810), в ходе которого исследовались распространенность и типичные свойства потоков нейтрального газа в космический полдень. Чувствительность и высокое разрешение прибора NIRSpec позволили Дэниэлс и ее коллегам изучить истечения холодного нейтрального газа в этих избранных галактиках способами, которые раньше были невозможны. Как она объяснила:
«Мы обнаружили истечения холодного нейтрального газа, вызванные активностью АЯГ, примерно в четверти наблюдаемых нами массивных галактик. Эти нейтральные потоки, по крайней мере, столь же массивны, как ранее измеренные ионизированные потоки, а в некоторых случаях нейтральные потоки в 10-100 раз тяжелее. Важно отметить, что истечения наблюдаются в галактиках, находящихся на самых разных стадиях эволюции: в одних галактиках происходит активное звездообразование, в других — почти затухшее. В гасящих галактиках потоки удаляют газ в 300 раз быстрее, чем он превращается в звезды».
Эти наблюдения подтверждают теорию о том, что АЯГ ответственны за «остановку» звездообразования в галактиках, когда они достигают определенного возраста. Это, в свою очередь, может улучшить наше понимание эволюции галактик путем количественной оценки эффектов АЯГ на ключевой фазе галактического развития. В то время как продолжающиеся наблюдения за Космическим Рассветом дают представление о галактиках, когда они появлялись из колыбели (космические темные века), это исследование предлагает подробную информацию о том, как они выглядели на пути к зрелости. Общий результат, по словам Дэвиса, представляет собой более полное понимание:
«Наши результаты показывают, что потоки, вызванные АЯГ, способны быстро удалять холодный газ из галактик, лишая их топлива для звездообразования. Эти мощные потоки нередки, но, по-видимому, относительно часты среди массивных далеких галактик. Следовательно, удаление холодного газа потоками, вызванными АЯГ, может быть распространенной причиной быстрого прекращения звездообразования в массивных далеких галактиках».
Дальнейшее чтение: arXiv
