Нові спостереження за надщільною групою галактик показують, як їхнє оточення фактично «перекриває кисень» для народження нових зірок. Команда на чолі з астрофізиком Жонатаном Фройндліхом (Jonathan Freundlich) виміряла запаси молекулярного газу в групі COSMOS-Gr30 і з’ясувала, що галактики в такому середовищі мають лише невелику частку сировини для зореутворення. Про результати розповідає матеріал Universe Today.
Від «космічного полудня» до майже згаслого Всесвіту
У Чумацькому Шляху повно яскравих регіонів зореутворення — достатньо згадати Туманність Оріона, яку детально фотографують космічні телескопи Hubble та JWST. Та попри всю цю красу, наша Галактика створює лише приблизно 6–7 нових зір на рік.
Це ніщо в порівнянні з епохою так званого Космічного полудня близько 10 мільярдів років тому. Тоді середня швидкість утворення зірок у Всесвіті, зокрема і в Чумацькому Шляху, була до 30 разів вищою, ніж зараз. Відтоді зореутворення різко загальмувало, і нині, за оцінками, воно впало приблизно на 97%.
Зірки народжуються з холодного, щільного газу. Якщо зірок стає менше, отже, щось сталося саме з газом. Астрономи знають, що середовище, у якому живуть галактики, суттєво впливає на запаси цього газу: зоряні вітри можуть його видувати, а струмені від активних ядер галактик (AGN) нагрівають і розсіюють його. Додайте до цього зіткнення та злиття галактик, гравітаційні «хвости» з газу, нагрівання і здирання газу гарячим міжгалактичним середовищем — і стає зрозуміло, що у щільних групах галактик газу для нових зірок може швидко бракувати.
Група COSMOS-Gr30 як лабораторія згасання зореутворення
Нові результати, які готуються до публікації в журналі Astronomy & Astrophysics, зосереджені на віддаленій групі галактик COSMOS-Gr30. Це надщільний вузол на перетині космічних філаментів, де розташована велика структура іонізованого газу, що простягається приблизно на сотні мільярдів квадратних світлових років. Система перебуває на відстані близько 6,5–7 мільярдів світлових років від Землі.
Команда Фройндліха вивчала так званий міжзоряний газ усередині галактик (ISM) та газ між галактиками в самій групі (міжгрупове середовище, аналог міжгалактичного середовища — IGM). Одночасні вимірювання обох компонент дали ціліснішу картину того, як у щільних скупченнях поводиться речовина, з якої народжуються зірки.
Безпосередньо спостерігати молекулярний водень (H2) — основну складову гігантських молекулярних хмар — дуже важко: він майже невидимий у радіодіапазоні, де зручно шукати холодний газ. Тому вчені використовують монооксид вуглецю (CO) як замінник. Зокрема, вони вимірювали випромінювання CO(2–1), яке виникає, коли молекула CO переходить у нижчий енергетичний стан і випромінює фотон радіодіапазону. Потім, застосовуючи стандартний коефіцієнт перерахунку між CO та H2, астрономи оцінюють вміст молекулярного водню.
Для COSMOS-Gr30 вчені використовували Норденський розширений міліметровий масив (NOEMA) та 30-метровий радіотелескоп Інституту радіоастрономії в міліметровому діапазоні (IRAM). Так вони змогли виміряти CO(2–1) в галактиках групи на червоному зміщенні z≈0,7, тобто в епоху, коли Всесвіт був значно молодшим.
Газ виривається з галактик — і рідко охолоджується знову
Спостереження за допомогою спектрографа MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) на Дуже Великому телескопі (VLT) Європейської Південної обсерваторії показали навколо восьми галактик COSMOS-Gr30 розлогу структуру іонізованого газу. До цих восьми входить і галактика з активним галактичним ядром.
Автори вказують, що цей газ не є первинним, тобто не залишком з раннього Всесвіту. Його, найімовірніше, викинули самі галактики — як внутрішні процеси (зореутворення, викиди від AGN), так і зовнішні механізми, пов’язані з щільним середовищем, зокрема динамічний тиск гарячого газу та припливні взаємодії.
Розрахунки показали, що менше ніж третина газу, який вирвано з галактик і винесено в цю дифузну структуру, достатньо холодна, щоб з неї могли народжуватися зірки. Решта перебуває у стані, непридатному для ефективного зореутворення.
Водночас галактики всередині COSMOS-Gr30 мають лише близько 20–40% молекулярного газу порівняно з типовими галактиками головної послідовності — тобто системами, які формують зірки у «нормальному», стабільному темпі. Це означає серйозне виснаження їхніх газових резервуарів.
Живий приклад «згасання» під впливом середовища
Раніше астрономи вивчали молекулярний газ або всередині окремих галактик, або в міжгалактичному середовищі. Нова робота робить крок уперед: вона одночасно характеризує газові запаси і в галактиках, і в просторі між ними у щільному скупченні. Це дає змогу буквально «зловити на гарячому» процес так званого екологічного згасання зореутворення.
За словами авторів, у випадку COSMOS-Gr30 картина узгоджена: виснаження молекулярного газу в самих галактиках разом з наявністю великої газової структури навколо них свідчать, що саме середовище ефективно вириває і нагріває газ, позбавляючи галактики пального для нових поколінь зірок.
Дослідники наголошують, що їхні висновки мають суттєві невизначеності. Вони стосуються як оцінок швидкості зореутворення в галактиках групи, так і точності використання CO як замінника молекулярного водню. Попри це, результати вказують, що процеси, пов’язані з груповим середовищем, дуже ефективно виснажують запаси молекулярного газу.
Щоб зменшити похибки, потрібні точніші вимірювання швидкостей зореутворення та більша вибірка галактик у різних групах, аби зрозуміти, наскільки статистично узагальнювані такі результати. У майбутньому до дослідження COSMOS-Gr30 планують залучити масив ALMA — найпотужніший у світі радіоінтерферометр міліметрового й субміліметрового діапазону. Завдяки 66 антенам і великій базовій лінії він зможе роздивитися деталі в цьому регіоні, недоступні нинішнім інструментам, і допомогти точніше описати, як щільні скупчення галактик стримують народження зірок у Всесвіті.