Газ — это вещество, из которого формируются звезды, и большинство галактик имеют в своем бюджете достаточно газа для образования нескольких звезд. Однако для карликовых галактик картина выглядит несколько иначе. Им не хватает массы, необходимой для удержания газа, когда его высасывают более массивные соседние галактики.
Новое исследование показывает, что даже изолированные карликовые галактики, не имеющие подавляющих галактических соседей, с трудом формируют звезды. Как дела?
Основное внимание в исследованиях уделяется ультратусклым карликовым галактикам (UFD). Эти крошечные галактики являются самыми тусклыми галактиками во Вселенной и содержат от нескольких сотен до примерно тысячи звезд. UFD также содержат большое количество темной материи. Они отличаются от шаровых скоплений тем, что шаровые скопления содержат от десятков тысяч до миллионов звезд и содержат очень мало, а возможно, и вовсе не содержат темной материи.
Поскольку они такие слабые, астрономам трудно их обнаружить. Найденные экземпляры расположены недалеко от Млечного Пути. Однако это затрудняет ее изучение, поскольку над ней доминирует ее массивный сосед. Гравитация Млечного Пути и горячая корона могут высасывать газ из UFD, что затрудняет понимание их естественной эволюции.
Астрономы, работающие с DECam и Южным телескопом Джемини, успешно обнаружили три UFD, которые находятся далеко за пределами гравитационного влияния Млечного Пути. Хотя их было нелегко найти, астрономы использовали их, чтобы сделать важные открытия о UFD.
Результаты содержатся в новом исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters. Он называется «Три погашенные, слабые карликовые галактики в направлении NGC 300: новые зонды для реионизации и внутренней обратной связи». Ведущий автор — Дэвид Сэнд, астроном из обсерватории Стюарда Университета Аризоны.
Сэнд нашел три UFD во время тщательного ручного поиска. UFD настолько слабы, что алгоритмический поиск не смог их обнаружить.
«Это было во время пандемии», — вспоминает Санд. «Я смотрел телевизор и просматривал программу DESI Legacy Survey Viewer, сосредотачиваясь на участках неба, которые, как я знал, раньше не исследовались. Прошло несколько часов случайных поисков, а потом бац! Они просто выскочили».
Три UFD ориентированы на спиральную галактику NGC 300 и созвездие Скульптора. Их называют Скульптор А, Скульптор Б и Скульптор С.
Скульптор A находится на расстоянии около 1,35 Мпк и, вероятно, находится на краю Местной группы, как и Тукана B. Он не является прямым спутником NGC 300.
Скульптор B находится на расстоянии около 2,48 Мпк и, вероятно, находится за NGC 300.
Скульптор C находится на расстоянии около 2,04 Мпк и является спутником NGC 300.
Все три УФД имеют некоторые общие черты. Они содержат преимущественно старые, бедные металлами звезды, потухли и не образуют новых звезд, не содержат нейтрального атомарного водорода (H i) и не излучают УФ. «Ни один из трех карликов не обнаружен в обзоре всего неба Hi Parkes в излучении линии Hi, что позволяет предположить, что они не богаты газом», — объясняют Сэнд и его коллеги в своей статье.
Отсутствие HI и UV указывает на то, что галактики вымерли и звездообразование прекратилось. «С каждой молодой популяцией голубых звезд либо связано лишь несколько звезд, либо она находится ниже нашего предела обнаружения», — пишут авторы.
Открытие галактик-скульпторов, как их называют, подтверждает теории, согласно которым UFD — это мертвые галактики, которые давно перестали образовывать звезды в ранней Вселенной. Поэтому вполне разумно ожидать обнаружения этих слабых, потухших галактик.
Самое шокирующее в их открытии то, что они изолированы. Они не расположены близко к другим более крупным галактикам, которые могли бы истощить свой газ и подавить звездообразование. «Три карликовые галактики в этой работе являются одними из самых слабых потухших карликовых галактик, обнаруженных за пределами Местной группы», — пишут авторы.
«Многие из недавно обнаруженных слабых карликовых галактик за пределами Местной группы демонстрируют явные признаки недавнего звездообразования, хотя растущая подгруппа также, по-видимому, вымерла и практически не демонстрирует нового звездообразования», — объясняют авторы. «Смешение звездного населения слабых карликовых галактик в «поле» является важной частью понимания роли реионизации, звездной обратной связи и динамического давления со стороны космической паутины в эволюции мельчайших галактик».
Обнаружение этих трех UFD важно из-за их изоляции. Только один из них, Скульптор C, явно связан с близлежащей NGC 300. Скульпторы А и Б изолированы. Их исследование дает возможность узнать больше о том, как на звездообразование влияют внутренние механизмы обратной связи в галактиках малой массы. Это также возможность узнать больше о зачистке под давлением, при которой газ удаляется из галактики посредством взаимодействия с окружающей средой и даже посредством космической реионизации.
Во время космической реионизации, также известной как эпоха реионизации, свет первых звезд и галактик реионизировал нейтральный водород в межгалактической среде. Высокоэнергетические УФ-фотоны звезд и галактик могли бы эффективно испарить газ в карликовых галактиках, положив конец их звездообразованию.
Альтернативным объяснением потери газа UFD являются взрывы сверхновых. Если бы некоторые из первых звезд в UFD взорвались, они могли бы выбросить газ и остановить звездообразование. Возможно, также виновата зачистка поршня под давлением.
Астрономам еще предстоит узнать больше о реионизации и о том, является ли она причиной, и галактики Скульптора могут помочь им в этом.
«Мы не знаем, насколько сильным и равномерным является этот эффект реионизации», — объяснил Сэнд. «Возможно, реионизация носит неоднородный характер и не происходит повсюду одновременно. Мы нашли три таких галактики, но этого недостаточно. Было бы здорово, если бы у нас их было сотни. Если бы мы знали, на какую долю повлияла реионизация, это рассказало бы нам кое-что о ранней Вселенной, что в противном случае было бы очень трудно изучать».
«Эпоха реионизации потенциально связывает нынешнюю суточную структуру всех галактик с самым ранним структурным образованием в космологическом масштабе», — сказал Мартин Стилл, директор программы NSF Международной обсерватории Близнецов. «Обследования наследия DESI и подробные последующие наблюдения за Близнецами позволяют ученым проводить судебно-медицинскую археологию, чтобы понять природу Вселенной и ее эволюцию до нынешнего состояния».
В конечном итоге астрономам придется найти больше таких изолированных UFD, чтобы сузить результаты.
«На краях Местной группы и в близлежащих средах с низкой плотностью предсказывается гораздо больше слабых и ультратусклых карликовых галактик, но первоначальные попытки найти их не всегда были успешными», — пишут авторы в своем заключении. Это лишь подчеркивает важность данного открытия.
«Некоторые предстоящие программы, такие как «Евклид», «Римский космический телескоп» и «Обзор наследия обсерватории Рубин в пространстве и времени», обязательно найдут в ближайшие годы еще много примеров, которые предоставят демографические характеристики в разных средах», — заключают авторы.
Санд представил эти результаты на недавнем 245-м собрании Американского астрономического общества. Вы можете найти его на отметке 32:00 этого видео.
