У астрофизиков наконец-то есть ответы о том, как формируются самые большие галактики

Это так же унизительно, как и мотивирует задуматься о том, как много нам еще предстоит узнать о Вселенной. Мои коллеги и я только что разгадали одну из вечных загадок астрофизики: как могут образовываться массивные эллиптические галактики.

Теперь впервые у нас есть убедительные данные наблюдений, дающие ответ. Наши результаты недавно были опубликованы в журнале Nature.

Галактики в современной Вселенной делятся на две большие категории. . Существуют спиральные галактики, такие как наш Млечный Путь, которые богаты газом и постоянно образуют звезды во вращающемся диске. Существуют также эллиптические галактики, большие и сферические, а не плоские, похожие на мяч для регби.

Последние не производят новых звезд, но в них преобладают звезды, образовавшиеся более 10 миллиардов лет назад.

Формирование Эллиптические галактики долгое время было трудно объяснить с помощью космологических моделей, описывающих эволюцию Вселенной от Большого взрыва до наших дней. Одна из проблем заключается в том, что звездообразование в эпоху формирования эллиптических галактик (10–12 миллиардов лет назад), как считалось, происходило в больших вращающихся дисках, похожих на наш Млечный Путь.

Так как же галактики изменили свою форму с плоских дисков на трехмерные эллиптические галактики?

Наблюдения с Альмой

Анализируя данные Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (Альма), мы определили места рождения гигантских эллиптических галактик.

Мы обнаружили, что локальные эллиптические галактики могут формироваться в результате интенсивных и кратковременных эпизодов звездообразования на ранних этапах Вселенной, а не начинаться с вращающегося диска и со временем становиться все более эллиптическим.

Наше исследование изучило распределение пыли в более чем 100 далеких галактиках, которые, как мы знаем, формировали множество звезд еще тогда, когда размер Вселенной составлял около 2,2 миллиарда и возраст 5,9 миллиарда лет.

Пыль указывает на наличие газа – материала, из которого созданы новые формируются звезды – и позволяет нам изучать области внутри галактики, в которых активно формируются новые звезды.

Используя новую технику наблюдения, мы обнаружили, что пыль в этих далеких галактиках чрезвычайно компактна и не такая, как мы ожидали от плоских дискообразных галактик. Кроме того, мы смогли вывести трехмерную геометрию областей выделения пыли.

Этот анализ указывает на то, что большинство ранних звездообразующих галактик на самом деле имели сферическую, а не дискообразную форму. Фактически, они очень напоминают форму эллиптических галактик, находящихся рядом с нами сегодня.

Затем мы использовали космологическое компьютерное моделирование. интерпретировать результаты наблюдений и понять физические механизмы, которые могли вызвать падение пыли и газа в центры этих далеких галактик, в которых формируются звезды.

Наш анализ показывает, что одновременное воздействие потоков холодного газа из окружающих галактик, а также взаимодействия и слияния галактик может загонять газ и пыль в компактные звездообразующие ядра внутри этих галактик. Моделирование также показывает нам, что этот процесс был обычным явлением в ранней Вселенной, что дает ключевое объяснение быстрому образованию эллиптических галактик.

Наши открытия добавляют важную часть этой головоломки, углубляя наше понимание формирования и эволюции галактик.

Новая техника наблюдений

Это открытие стало возможным благодаря новой технике анализа наблюдений ALMA. Данные Альмы отличаются от изображений, которые мы привыкли видеть с оптических телескопов. Фактически, Alma работает путем объединения сигналов от нескольких антенн, которые работают вместе как один гигантский телескоп.

Этот метод известен как интерферометрия, и хотя он позволяет получать четкие изображения далеких галактик, анализ данных более сложен, чем для традиционных оптических изображений. Наша новая методика позволяет более точно измерять распределение пыли по сравнению с предыдущими методами, предлагая значительный прогресс в этой области.

Для этого исследования мы использовали архивные данные Alma в открытом доступе, накопленные за несколько лет. Это подчеркивает силу данных из открытых источников, благодаря которым ученые делятся своими открытиями, а также возможности международного сотрудничества в достижении научных прорывов.

Будущие наблюдения с помощью космических телескопов JWST и Euclid помогут составить карту распределения звезд среди далеких предков современных эллиптических галактик. А Чрезвычайно Большой Телескоп с зеркалом шириной 39 метров предоставит беспрецедентные подробности звездообразования в ядрах далеких галактик.

Кроме того, более точные наблюдения динамики газа с помощью ALma и Очень Большого Телескопа позволят покажите, как газ движется к центрам галактик, стимулируя звездообразование и формируя галактики, которые мы видим сегодня.

Аннаграция Пуглиси, юбилейный научный сотрудник астрофизики Саутгемптонского университета.

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.