Астрономы потратили десятилетия, пытаясь понять, как галактики становятся такими большими. Частью загадки являются сфероиды, также называемые галактическими выпуклостями. Спиральные галактики и эллиптические галактики имеют разную морфологию, но обе имеют сфероиды. Именно здесь расположено большинство их звезд и, собственно, именно здесь расположено большинство звезд во Вселенной. Поскольку большинство звезд находятся в сфероидах, их понимание имеет решающее значение для понимания того, как растут и развиваются галактики.
Новое исследование сфероидов как никогда приблизило их к пониманию того, как галактики становятся такими массивными.
Эллиптические галактики не имеют плоского дискового компонента. Они гладкие и бесформенные и содержат сравнительно мало газа и пыли по сравнению со спиралями. Без газа и пыли новые звезды образуются редко, поэтому эллиптические звезды населены более старыми звездами.
Астрономы не знают, как формировались и развивались эти древние выпуклые галактики. Однако новое исследовательское письмо в журнале Nature, возможно, наконец-то найдет ответ. Название: «Образование сфероидов in situ в далеких субмиллиметровых галактиках». Ведущий автор — Цин-Хуа Тан из обсерватории Пурпурная гора Китайской академии наук, Китай. Доктор Соавтором исследования стала Аннаграция Пуглиси из Университета Саутгемптона.
«Наши результаты приближают нас к разгадке давней загадки астрономии, которая переопределит наше понимание того, как формировались галактики в ранней Вселенной».
Доктор Аннаграция Пуглиси, Университет Саутгемптона
Международная исследовательская группа использовала Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку (ALMA) для изучения ярких галактик со вспышками звезд в далекой Вселенной. Субмиллиметр означает, что электромагнитная энергия наблюдается между дальним инфракрасным и микроволновым диапазоном. Астрономы давно подозревали, что эти галактики связаны со сфероидами, но наблюдать за ними сложно.
«Давно подозревали, что инфракрасные/субмиллиметровые яркие галактики с высокими красными смещениями связаны с образованием сфероидов», — пишут авторы. «Демонстрация этой связи до сих пор затруднялась из-за сильного затемнения пылью при фокусировке на излучении звезд или из-за методов и ограниченного отношения сигнал/шум при рассмотрении субмиллиметровых длин волн».
Исследователи использовали ALMA для анализа более 100 этих древних галактик, используя новую технику, измеряющую распределение их света. Эти профили яркости показывают, что большинство галактик имеют трехосную форму, а не плоские диски, что позволяет предположить, что они были чем-то деформированы в своей истории.
Результаты команды основаны на двух важных концепциях: индексе Серсича и индексе Спергеля.
Индекс Серсика — фундаментальная концепция для описания профилей яркости галактик. Он характеризует радиальное распределение света, исходящего от галактик, и, по сути, описывает, как свет концентрируется в галактике.
Индекс Спергеля используется реже. Он основан на распределении темной материи в галактиках. Вместо света он помогает астрономам понять, как концентрируется материя. Вместе оба индекса помогают астрономам охарактеризовать сложную структуру галактик.
Эти индексы, наряду с новыми наблюдениями ALMA, привели к новому пониманию того, как сфероиды формировались в результате слияний и, как следствие, притока холодного газа, образующего звезды.
Все начинается со столкновения или слияния галактик, посылающего в центр галактики большие потоки холодного газа.
«Столкновение двух дисковых галактик привело к тому, что газ — топливо, из которого формируются звезды, — опустился к их центру, создав триллионы новых звезд», — сказал соавтор Пуглиси. «Эти космические столкновения произошли примерно от восьми до 12 миллиардов лет назад, когда Вселенная находилась в гораздо более активной фазе своей эволюции».
«Это первое реальное свидетельство того, что сфероиды формируются непосредственно в результате интенсивных эпизодов звездообразования в ядрах далеких галактик», — сказал Пуглиси. «Эти галактики формируются быстро — газ всасывается, чтобы питать черные дыры, вызывая извержения звезд, которые формируются в 10–100 раз быстрее, чем наш Млечный Путь».
Исследователи сравнили свои наблюдения с гидромоделированием слияний галактик. Результаты показывают, что сфероиды могут сохранять свою форму примерно до 50 миллионов лет после слияния. «Это совместимо с полученными наблюдениями временными масштабами субмиллиметровых всплесков», — пишут авторы. После этой интенсивной фазы звездообразования в сфероиде газ израсходуется и он останавливается. В систему больше не подается энергия, и остаточный газ сплющивается в диск.
Слияния, показывающие самый плоский прогноз для этих систем, наблюдались через 12 миллионов лет после слияния; Это означает, что эти системы представляют собой трехмерные сферические структуры, а не обращенные вперед диски. (б) показывает, что скорость звездообразования достигает пика, а затем со временем снижается. (в) показывает C/A, который количественно определяет относительную толщину системы, охватывающую все галактические компоненты, включая диски, перемычки и балджи. Это соотношение между C, самой короткой осью, и A, самой длинной осью трехосного эллипсоида. Фото предоставлено: Тан и др. 2024.
Эти типы галактик были более распространены в ранней Вселенной, чем сегодня. Результаты исследователей показывают, что эти галактики быстро израсходовали свое топливо, сформировав сфероиды, населенные теперь древними звездами.
Это не первый раз, когда астрономы исследуют возможную связь между сфероидами и далекими галактиками субмиллиметровой яркости. Предыдущие исследования, которые обнаружили доказательства трехосности, также обнаружили сильную эллиптичность и другие доказательства того, что субмиллиметровые галактики представляют собой диски с субмиллиметровыми перемычками. Однако это новое исследование основывалось на наблюдениях с более высоким соотношением сигнал/шум, чем предыдущие исследования.
«Астрофизики пытались понять этот процесс на протяжении десятилетий», — сказал Пуглиси. «Наши результаты приближают нас к разгадке давней загадки астрономии, которая переопределит наше понимание того, как формировались галактики в ранней Вселенной».
«Это даст нам более полную картину раннего формирования галактик и углубит наше понимание того, как Вселенная развивалась с начала времен».
