Недостаток металлов в ультраярких инфракрасных галактиках объяснили обилием пыли

Астрономы при помощи летающей обсерватории SOFIA разобрались в причине недостатка тяжелых элементов в ультраярких инфракрасных галактиках, на который указывает оптическая спектроскопия. Оказалось, что на получаемые данные влияет обилие пыли в этих галактиках, а содержание металлов в них аналогично галактикам со вспышкой звездообразования. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Процесс формирования и роста массы галактик тесно связан с тем, как они накапливают металлы — элементы тяжелее водорода и гелия, рождающиеся в ходе различных путей звездного нуклеосинтеза. Таким образом, химический состав внутригалактической среды может дать информацию о ходе процессов звездообразования и рециркуляции барионного вещества в галактиках. Накопление массы галактикой зависит от многих факторов, таких как приток газа извне за счет слияния галактик или его отток из-за влияния активного ядра галактики, содержащего сверхмассивную черную дыру.

Ультраяркие инфракрасные галактики (ULIRG), светимость которых составляет более 10¹² светимостей Солнца в диапазоне длин волн 8–1000 микрометров, представляют собой крайне интересные цели для исследований. Инфракрасное излучение от них возникает из-за нагретой ультрафиолетовым излучением от массивных звезд пыли, что интерпретируется как результат вспышки звездообразования с небольшим вкладом активного галактического ядра. 

Такие системы в Местной вселенной представляют собой результат слияния двух галактик, при малых значениях красного смещения (z<0,3) они редки, однако плотность ULIRG-систем быстро увеличивается с ростом красного смещения, достигая плотности в несколько сотен штук на квадратный градус при z≥1. Данные оптических спектроскопических исследований показывают, что газ в ULIRG-системах в Местной вселенной характеризуется меньшим содержанием металлов, чем газ в галактиках со вспышкой звездообразования с аналогичными массами. Это интерпретировалось как то, что ULIRG-системы, в основном, подпитываются газом с низким содержанием металлов, который с окраин галактик попадает в их центральную зону в ходе процесса слияния.

Группа астрономов во главе с Нима Чартабом (Nima Chartab) из Калифорнийского университета в Ирвайне опубликовала результаты исследований пяти близлежащих (z от 0,01 до 0,13) ULIRG-систем при помощи летающей стратосферной обсерватории SOFIA. Наблюдения велись в дальнем инфракрасном диапазоне в линиях излучения кислорода и азота, их целью было определение уровней содержания металлов в газе в галактиках.

Необычного дефицита металлов в ULIRG-системах, как это было при оптической спектроскопии, не наблюдалось, и по отношению массы звезд к металличности изученные ULIRG-системы близки к типичным галактикам со вспышкой звездообразования. Средний темп образования звезд в исследованной выборке галактик составил 10^2,5 масс Солнца в год. Ученые пришли к выводу, что ранее наблюдавшийся дефицит металлов во внутригалактической среде, связан не с аккрецией газа с низким содержанием металлов, а с большим количеством пыли, возникшей во время вспышки звездообразования. Таким образом, необходимо быть осторожным в деле интерпретации свойств галактик при значениях z=2-3 и проводить мультиволновые наблюдения. 

Ранее мы рассказывали о том, как взрывы сверхновых оказались основными поставщиками пыли в молодых галактиках.

Александр Войтюк