Близкая карликовая галактика оказалась похожа на галактики молодой Вселенной
Астрономы изучили близкую к Млечному Пути карликовую галактику J2229+2725 с экстремально низкой металличностью и высоким темпом образования новых звезд. Основываясь на измерениях силы спектральных линий элементов, ученые предположили, что в галактике не просто наблюдается недавняя вспышка звездообразования, но и сама она совсем молода по астрономическим меркам. По мнению астрономов, J2229+2725, по совокупности свойств, может служить наилучшим модельным объектом для изучения свойств карликовых галактик Эпохи реионизации из ранней истории Вселенной. Работа будет опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Современному этапу развития Вселенной, известному как Эра вещества, предшествовало появление первых квазаров, звезд и галактик в Эпоху реионизации, начавшуюся спустя около 200–500 миллионов лет после Большого Взрыва. Сама же Эпоха реионизации началась после Темных веков, к концу которых Вселенная уже достаточно расширилась, чтобы сильно остыть и состояла из холодных (менее 10 кельвин) облаков нейтрального газа (водорода и гелия) с редкими звездами.
К концу Темных веков, с массовым появлением ярких источников света, начался сначала нагрев, а потом и постепенная ионизация (повторная, реионизация) вещества, длившиеся около 400–500 миллионов лет. Значительная доля коротковолнового излучения, вызывавшего ионизацию, поступала от первых небольших галактик с высоким темпом звездообразования. Сейчас астрономам довольно сложно напрямую изучать эти галактики, так как они расположены от нас на огромном расстоянии (около 13 миллиардов световых лет или, в величинах красного смещения, от z ≈ 5 до z ≈ 10). Изображения таких галактик, полученные даже на лучших телескопах, слабо детализированы.
Впрочем, за последнее десятилетие было открыто несколько близких галактик, которые похожи по свойствам на отдаленные и древние галактики во времена их молодости. Они маломассивны (менее 10 миллионов солнечных масс), компактны и сочетают высокий темп звездообразования с очень низкой металличностью. Такие близкие галактики могут служить хорошими модельными объектами для более полного понимания процессов в молодой Вселенной.
Астрономы из США и Украины под руководством Юрия Изотова (Yuri Izotov) из Института теоретической физики имени Боголюбова провели наблюдения близкой (z ≈ 0,08) галактики подобного типа, J2229+2725, выбранной в качестве кандидата из базы данных Слоуновского цифрового обзора неба (SDSS) версии DR16. Основные наблюдения велись на Большом бинокулярном телескопе на горе Грэхем в США в диапазоне от 320 до 1000 нанометров. Использовались спектрографы MODS1 и MODS2. Также были получены спектры на 3,5-метровом телескопе Обсерватории Апачи-Пойнт в США спектрографом DIS.
Как выяснили астрономы, J2229+2725 — галактика с чрезвычайно низкой металличностью. Содержание металлов (в астрономии — элементы тяжелее гелия) оценивалось по силе линий излучения кислорода, азота и других элементов. Мощность излучения по линии трижды ионизированного кислорода (OIII, λ = 500 нанометров) оказалась менее 1/3 от мощности по линии водорода Hβ. А по линии дважды ионизированного азота (NII, λ = 658 нанометров) излучение было слабее чем по линии Hα более чем в 100 раз. Оба этих значения весьма малы.
Ученые обнаружили также рекордно высокое значение параметра O32. который определяется через отношение силы линий излучения трех- и двукратно ионизированного кислорода (OIII, λ = 500 нанометров и OII, λ = 373 нанометра). Для известных похожих галактик параметр O32 составляет от 22 до 39, но у J2229+2725 он оказался равен 53. По мнению авторов, это говорит о том что в этой галактике компактные области звездообразования. В таком случае, с большой вероятностью, J2229+2725 — представитель галактик-излучателей коротковолнового ультрафиолета из области Лаймановского континуума (с длиной волны менее 91 нанометра). Именно такое жесткое излучение в больших количествах могли испускать древние галактики в Эпоху реионизации, вызывая ионизацию огромных масс газа (в десятки раз превосходящих собственную).
Рекордной в спектре J2229+2725, для подобных галактик, оказалась и эквивалентная ширина линии Бальмера Hβ — 57 нанометров, а соотношение масса/светимость было чрезвычайно низким (0,017 в солнечных единицах). Оба параметра указывают на недавний всплеск звездообразования и наличие большого количества горячих и очень молодых (около двух миллионов лет) массивных звезд. А присутствие в спектре значительной доли (2,1 процента от мощности по линии Hβ) излучения двукратно ионизированного гелия (HeII, λ = 469 нанометров) выдаёт наличие жёсткой ионизирующей радиации, и сильно разогретого (около 25000 кельвин) плотного газа.
Все это позволило ученым предположить, что J2229+2725 не просто испытывает недавнюю вспышку звездообразования, но и сама галактика при этом очень молода. Авторы считают, что J2229+2725, с учетом ее крайне низкой металличности и подходящих размеров, возможно, наилучший модельный объект для изучения древних компактных галактик Эпохи реионизации из всех известных.
Впрочем, хотя J2229+2725 и подобные ей галактики и могут считаться хорошими аналогами древних галактик, но лишь с известной долей приближения. Прямые наблюдения за участниками тех событий более важны. Ранее мы рассказывали, как астрофизики улучшили понимание Эпохи реионизации, понаблюдав за Реликтовым излучением.
Илья Беликов
Его нашли в Сахаре в 2020 году
Планетологи определили, что изотоп 26Al был неоднородно пространственно распределен в ранней Солнечной системе и определять возраст метеоритов только 26Al—26Mg методом необходимо с осторожностью. Такой вывод был сделан в ходе анализа метеорита EC 002, найденного в Сахаре в 2020 году. Статья опубликована в журнале Nature Communications. Считается, что радиоактивный изотоп алюминия 26Al (период полураспада 0,705 миллиона лет), возникающий при взрыве сверхновых, играет важную роль в процессах планетообразования. Тепло, выделяемое при его распаде, обеспечивало нагрев недр планетезималей, протопланет и астероидов в ранней Солнечной системе, что необходимо для протекания процессов метаморфизма, кроме того, он мог способствовать образованию химических соединений. Цепочка распада 26Al—26Mg также может использоваться для радиоизотопного датирования вещества метеоритов или малых тел, его обнаруживали в хондрах, ахондритах и включениях, богатых кальцием и алюминием (CAI), которые считаются одними из первых объектов, образовавшихся в Солнечной системе. Однако для правильной интерпретации данных измерений в космохимических исследованиях необходимо понимать степень равномерности распределения 26Al и других короткоживущих радионуклидов в ранней Солнечной системе. Группа планетологов во главе с Евгением Крестьяниновым (Evgenii Krestianinov) из Австралийского национального университета опубликовала результаты исследования вещества метеорита Erg Chech 002 (или EC 002) и радиоизотопного датирования его возраста при помощи свинец-свинцового (207Pb—206Pb) метода и его сравнения с данными по содержанию элементов цепочки 26Al—26Mg. Ученых интересовала оценка распределения 26Al в ранней Солнечной системе. EC 002 относится к андезитовым ахондритам и был обнаружен в Сахаре в 2020 году, предыдущие исследования показали, что это самая древняя из известных магматических пород в Солнечной системе, представляющая собой фрагмент коры протопланеты. Измеренный свинец-свинцовым методом возраст фракций пироксена, цельных пород и плагиоклаза в составе метеорита составил 4565,56±0,12 миллионов лет, эта временная отметка может однозначно интерпретироваться как время кристаллизации расплава. Измеренное соотношение содержания 26Al/ 27Al в EC 002 больше, чем в ангритах Д’Орбиньи и Sahara 99555, в 3-4 раза, таким образом, 26Al был неоднородно распределен среди зон образования родительских астероидов ахондритов во внутренней части протосолнечной туманности или протосолнечного диска, куда попадал из межзвездной среды. Это, в свою очередь, требует пересмотра относительных возрастов образцов метеоритов, определенных только при помощи цепочки 26Al—26Mg. Ранее мы рассказывали о том, как геохимики впервые нашли в метеорите вещество сверхновой типа Ia.