ALMA увидела древнейшее слияние галактик

Астрономы открыли самый удаленный и, следовательно, самый ранний пример слияния галактик. Объекты находятся на красном смещении 7,15, что в стандартной космологии отвечает времени жизни Вселенной примерно в 750 миллионов лет. Открытие удалось сделать благодаря наблюдению пыли, а также линий кислорода и углерода при помощи обсерватории ALMA, пишут авторы в журнале Publications of the Astronomical Society of Japan, препринт доступен на сайте arXiv.org.

Большинство галактик во Вселенной в течение своей эволюции сталкивается и сливается с другими подобными объектами. Однако из-за чрезвычайно больших расстояний звезды, как правило, проходят на значительном удалении друг от друга. Тем не менее, межзвездные облака газа и пыли оказываются возмущены изменяющимся гравитационным потенциалом и смешением. В них могут возникать новые движения и конденсации, что стимулирует процесс возникновения новых светил, поэтому взаимодействия галактик обычно приводят к вспышке звездообразования, что можно заметить по спектру объектов.

Видимые свойства наиболее далеких объектов могут быть модифицированы межгалактической средой, параметры которой менялись в ранние эпохи. После остывания первичного вещества и появления реликтового излучения основная масса обычной материи представляла атомарный водород. Однако появление света первых излучающих объектов, таких как звезды поколения III и квазары, опять начало превращать нейтральный водород в ионизованный. Этот процесс, называемый реионизацией, проходил на красных смещениях примерно от 15 до 6.

Экстремально далекие галактики можно выделить по эффекту Гана — Петерсона (отсутствие излучения на частотах выше определенной). Этот феномен связан с тем, что до реионизации межгалактическая среда была заполнена нейтральным водородом, который очень эффективно поглощает любое излучение с длинами волн короче 912 ангстрем, что соответствует ионизации электрона из основного состояния. Из-за расширения Вселенной наблюдаемое сегодня излучение оказывается сдвинуто в более длинноволновую область, поэтому на основе предельной частоты можно определить красное смещение излучающего объекта.

Эффект Гана — Петерсона позволил выделить немало чрезвычайно ранних галактик на красном смещении более 7, но их детальное исследование обычно невозможно из-за слишком малой яркости. Тем не менее, эпоха реионизации представляет отдельный интерес в контексте эволюции галактик, так как в это время должен был происходить активный рост и слияние таких объектов, которые в то время преимущественно состояли из необогащенного тяжелыми элементами водорода.

Такуя Хасимото (Takuya Hashimoto) из японского Университета Васэда и его коллеги опубликовали результаты спектроскопического исследования экстремально далекого объекта B14-65666 при помощи массива телескопов ALMA. Ранее наблюдения проводил орбитальный телескоп «Хаббл», который смог разглядеть два отдельных пятна ультрафиолетового излучения в покоящейся системе координат, а данные ALMA позволили обнаружить линии ионизованных углерода и кислорода (CII 158 µm и OIII 88 µm) и непрерывного излучения пыли в двух спектральных полосах.

Высокое пространственное разрешение ALMA помогло выявить две отдельных области излучения в линиях, которые соответствуют ранее найденным «Хабблом», причем их спектральные центры сдвинуты друг относительно друга, что авторы интерпретируют как смещение из-за эффекта Доплера при движении со скоростью около 200 километров в секунду. Светимость в линиях оказалось чрезвычайно высокой, рекордной для галактик на красном смещении более 6. Также удалось оценить суммарную светимость пыли и ее температуру, которая оказалась на уровне 50–60 кельвин.

Воспользовавшись всеми имеющимися спектральными данными, авторы провели моделирование звездного населения и темпа звездообразования. Оказалось, что в этом объекте звезды по массе примерно соответствуют 10 процентам звезд Млечного Пути, однако звездообразование оказалось чрезвычайно интенсивным, около 200 масс Солнца в год (в Млечном Пути эта величина оценивается на уровне одной массы Солнца в год). Вместе эта информация указывает, что B14-65666 — это две сливающиеся галактики, в которых из-за взаимодействия с огромной скоростью образуются новые звезды, что делает данный объект наиболее далеким примером слияния.

Ранее при помощи ALMA удалось обнаружить самый далекий кислород во Вселенной. В прошлом году радиотелескоп VLA позволил найти самую далекую радиогалактику, а «Хаббл» увидел самую далекую звезду.

Тимур Кешелава