Слияние галактик слабо повлияло на звездообразование

Астрономы систематически изучили влияние слияния галактик на скорость формирования звезд в них при помощи нейросети. Оказалось, что столкновение систем не очень сильно сказывается на образовании светил — в среднем звезды образовывались всего на 20 процентов интенсивнее. Тем не менее, это может быть связано с малой длительностью вспышки звездообразования или ее возникновением лишь при некоторых типах слияний, пишут авторы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Взаимодействия и самые интенсивные проявления этого процесса — слияния — представляют один из ключевых этапов эволюции галактик. В результате сближения значительно меняется гравитационный потенциал, что может приводить к увеличению аккреции на центральную сверхмассивную черную дыру, а также подавлению дисковой компоненты распределения звезд и превращения ее в сфероидальную.

Еще одним следствием слияний считается вспышка звездообразования. Численное моделирование показывает, что приливные взаимодействия сближающихся галактик должны порождать ударные волны и сжатия в межзвездном газе, что, в свою очередь, создает подходящие условия для появления новых светил.

Тем не менее, наблюдения последних лет указывают, что лишь в небольшой части сливающихся галактик наблюдается повышенный темп звездообразования. Более того, в них обычно наблюдается повышение темпа примерно в два раза, чего недостаточно для классификации данных объектов как галактик со вспышкой звездообразования. Также есть примеры взаимодействующих галактик с пониженным звездообразованием.

Отдельной проблемой в этой связи является составление достаточно крупной выборки взаимодействующих систем, на основе которой можно получить статистически значимые результаты. На данный момент чаще всего используются два подхода: визуальная оценка изображений волонтерами в рамках проекта Galaxy Zoo и автоматическая обработка при помощи алгоритмов, как правило, опирающаяся на параметры CAS (концентрация, асимметрия, гладкость).

Оба этих метода неидеальны, так как вручную невозможно будет просмотреть все данные будущих намного более масштабных обзоров галактик, а существующие статистические методы не только чувствительны к качеству изображения и его разрешению, но и нередко приводят к ошибочной идентификации. Также возможно выделение близких пар, но для высокой точности их определения требуются точные измерения спектров, что значительно ограничивает потенциальный объем выборки.

Астрономы из Европы, США и Австралии при участии Уильяма Пирсона (William Pearson) из Нидерландского института космических исследований продемонстрировали возможности нового метода, основанного на глубоком обучении нейросетей. Авторы выбирали объекты из обзоров SDSS, KiDS и CANDELS, причем в качестве обучающей выборки использовали те объекты, которые отмечены как сливающиеся или не сливающиеся в рамках проекта Galaxy Zoo. С помощью полученных данных они тренировали сверточную нейросеть, которая затем классифицировала новые изображения. После этого параметры галактик из разных групп сравнивались. Всего было изучено более 200 тысяч объектов.

Оказалось, что отличия взаимодействующих галактик от отдельных в плане темпа звездообразования невелики. В среднем наблюдается небольшое ускорение формирования звезд примерно на 20 процентов, но также может наблюдаться и противоположная ситуация. Этот результат сохранялся для любых обзоров и отдельных спектральных полос, а также для всех изученных красных смещений (от 0 до 4).

Некоторые результаты зависели от данных. В частности, в обзоре SDSS доля сливающихся галактик была чуть выше среди спокойных объектов, чем среди активно рождающих звезды, однако в других обзорах наблюдалась противоположная ситуация. Доля взаимодействующих галактик также по-разному менялась в зависимости от красного смещения в случае разных обзоров.

Авторы отмечают, что ключевое ограничение их работы связано с отсутствием оценки этапа слияния. В связи с этим остается вероятность, что слияние галактик все-таки вызывает резкий всплеск звездообразования, но лишь на коротком этапе близкого прохождения галактик, который занимает порядка полумиллиарда лет из 3—4 миллиардов всего процесса. В результате в целом по выборке эффект оказывается слабым из-за усреднения.

Ранее ученые выяснили, что сверхмассивные черные дыры подавляют звездообразование в карликовых галактиках, а в галактиках с активным звездообразованием оказалось неожиданно много массивных звезд. Также недавно впервые удалось разглядеть линзированное гравитацией рентгеновское изображение далекой галактики.

Тимур Кешелава