Молоді пилові галактики наздогнали стару за швидкістю виробництва зірок

Міжнародна група астрономів знайшла пилову галактику з віком близько 12,8 мільярдів років і розрахувала її параметри з урахуванням поправок через сильне гравітаційне лінзування. Виявилося, що вони збігаються з параметрами більш молодих пилових галактик. Стаття опублікована в.

Відкриття галактик, що випромінюють у субміліметровому діапазоні, свого часу вплинуло на розуміння процесів формування та еволюції галактик. Більшість з цих галактик знаходиться відносно недалеко від нас, і тільки кілька мають червоні зміщення z > 5. У всіх відомих далеких субміліметрових галактиках зірки утворюються дуже активно, набагато активніше, ніж у більш поширених молодих пилових галактиках. У цій статті вчені повідомляють про відкриття далекої галактики, в якій зірки утворюються не так активно.

Галактику G09 83808 виявили в листопаді 2014 року за допомогою міліметрового радіотелескопа LMT. Відстань до галактики (точніше, червоне зміщення) астрономи визначили за допомогою обертальної спектроскопії її випромінювання. У даних, зібраних LMT в лютому 2016 і 2017 року, простежувалися три лінії, що відповідають переходу молекул чадного газу CO між рівнями з повним кутовим моментом J = 6 і J = 5, між рівнями з J = 5 і J = 4, а також між рівнями ₂₁1 і ₂₀2 для молекули води _H2O. Всі ці лінії були однаково зміщені в бік червоного спектра. Також вчені перевірили дані за допомогою телескопа SMA (строго кажучи, це масив з восьми пов'язаних один з одним телескопів), спостерігаючи за лінією випромінювання іонізованого атома вуглецю. Це дозволило астрономам знайти червоне зміщення галактики, яке виявилося приблизно рівним z = 6.

Взагалі, при такому великому зміщенні говорити про відстань до галактики невірно, оскільки Всесвіт встиг розширитися за час, протягом якого світло йшло до нас. Наприклад, червоне зміщення z = 6 відповідає моменту, коли Всесвіту було всього 900 мільйонів років. На даний момент найбільш далека відома нам галактика має червоне зміщення z = 7,6, а найдальша спіральна - z = 2,5.

Потім астрономи більш пильно вивчили галактику за допомогою телескопа (точніше, масиву телескопів) ALMA. Виявилося, що насправді світло, що приходить від неї, відчуває сильне гравітаційне лінзування на фоновій галактиці з червоним зміщенням z = 0,77. Лінзування значно посилює яскравість G09 83808 (за допомогою численних розрахунків вчені встановили, що фактор посилення приблизно дорівнює десяти), і для оцінки властивостей галактики необхідно враховувати це посилення.

Тому вчені скоригували вимірену яскравість ліній випромінювання і оцінили за нею інфрачервону світність галактики. Виявилося, що вона дорівнює приблизно 4 ¹⁰12 світлимостей Сонця, що відповідає темпу утворення зірок близько 400 мас Сонця на рік. Це означає, що галактика відноситься до типу ультра яскравих інфрачервоних галактик (ultra luminous infrared galaxy, ULIRG). Подальше вивчення спектра галактики підтвердило, що інші її характеристики (наприклад, найбільша температура пилу або відношення мас газу і пилу) збігаються з характеристиками більш молодих галактик цього типу.

Таким чином, хоча для статистичного аналізу потрібна велика вибірка, робота вчених показує, що 12,8 мільярдів років тому утворення зірок у пилових галактиках було обумовлено тими ж фізичними процесами, що і в більш пізні моменти часу. Водночас автори статті зазначають, що G09 83808 відрізняється від відомих галактик з z > 5, що спостерігаються в субміліметровому або оптичному діапазоні. На думку вчених, спостереження за цією галактикою допоможе зрозуміти, як пов'язані субміліметрові галактики і галактики місцевої групи.

Нещодавно ми писали про те, як за допомогою сильного гравітаційного лінзування на скупченнях галактик астрономи з'ясували, що теорія холодної темної матерії не може пояснити деякі процеси, що відбуваються в цих скупченнях.