Астрономы объяснили «агрессивное» звездообразование в очень далекой галактике

Астрономы построили самую детальную карту распределения молекулярного газа в далекой галактике со вспышкой звездообразования. Свет от нее шел к нам 12,4 миллиарда лет. Выяснилось, что газовые облака в галактике крайне нестабильны, что способствует активному формированию звезд. Работа исследователей, опубликованная в журнале Nature, помогает пролить свет на образование и эволюцию подобных галактик.

В галактиках со вспышкой звездообраздования рождение новых звезд происходит с исключительно высокой скоростью — в тысячу раз быстрее, чем в Млечном Пути. Точные причины возникновения этого процесса неизвестны: считается, что он часто возникает в сливающихся или взаимодействующих галактиках. Чтобы выяснить это, исследователям необходимо знать, что происходит в областях, где активно формируются новые светила. Детальные карты распределения и движения молекулярных облаков в галактике могут помочь в поисках ответа на вопрос.

Кен-Ичи Тадаки (Ken-ichi Tadaki) из Национальной астрономической обсерватории Японии вместе с коллегами наблюдал за галактикой COSMOS-AzTEC-1. Впервые она была обнаружена телескопом James Clerk Maxwell Telescope в Гавайях. Затем телескоп LMT обнаружил в ней огромное количество монооксида углерода и признаки активного звездообразования. Также эти наблюдения позволили измерить красное смещение галактики, которое составило z = 4,3. Это значит, что свет от нее шел к нам более 12 миллиардов лет.

В новом исследовании астрономы изучали COSMOS-AzTEC-1 с помощью комплекса радиотелескопов Atacama Large Millimeter Array (ALMA). Этот радиоинтерферометр предназначен для изучения процессов, происходивших на протяжении первых сотен миллионов лет после Большого Взрыва, когда формировалось первое поколение звезд. С его помощью ученые получили карту движения и распределения молекулярного газа и пыльном и затемненном ядре галактики.

Исследователи обнаружили, что в нескольких тысячах световых лет от центра находятся два хорошо различимых облака. В большинстве далеких галактик со вспышками звездообразования, активное рождение новых светил происходит ближе к центральным областям, поэтому астрономов удивила такая удаленность облаков. Кроме того, астрономы обнаружили, что молекулярный газ в COSMOS-AzTEC-1 гравитационно нестабилен, что оказалось неожиданным. В нормальной ситуации силы в облаке сбалансированы. Если оно начинает сжиматься под действием самогравитации, происходит коллапс в результате которого рождаются звезды. Затем, эти звезды и взрывы сверхновых в конце жизненного цикла увеличивают внутреннее давление, которое замедляет гравитационное сжатие. Как следствие, две этих силы оказываются сбалансированы, и звезды рождаются с умеренной скоростью.

В случае с COSMOS-AzTEC-1 совместного действия центробежных сил, возникающих при вращении газового диска, и внутреннего давление недостаточно, чтобы предотвратить сжимания облака под действием гравитации. В итоге это приводит к мощной вспышке звездообразования. По подсчетам исследователей, «галактика-монстр» израсходует свои запасы через 100 миллионов лет, что в 10 раз быстрее, чем в других галактиках, где рождаются звезды.

При этом, ученые не находят однозначного объяснения нестабильности молекулярных облаков COSMOS-AzTEC-1. Скорость звездообразования в ней близка к той, что наблюдается в далеких сливающихся галактиках Arp 220 и Arp 299, поэтому ученые не исключают, что наблюдаемая ими галактика также взаимодействует с другим объектом. Столкновение галактик, по мнению ученых, могло стать источником наблюдаемого газа и стать причиной «звездного бума».

В прошлом радиоинтерферометр ALMA помог увидеть начало слияния двух очень ярких и массивных галактик, которые появились спустя миллиард лет после Большого взрыва. Кроме того, он обнаружил пару массивных галактик, которые в будущем сольются в одну галактику.

Кристина Уласович