Астрономы обнаружили в далекой Вселенной огромную « верфь » галактики

Даже галактики не любят одиночества. Хотя астрономам уже давно известно, что галактики имеют тенденцию собираться в группы и скопления, процесс перехода от формирования к группам друзей оставался открытым вопросом в космологии.

Рисунок: Небесная область, показывающая протокластер PHz G237 и идентифицированные члены галактики. На левой панели показано многополосное изображение (11 угловых минут x 11 угловых минут), объединяющее субмиллиметровое изображение Herschel на 350 микрон в красном (трассер звездообразования), изображение Spitzer на 3,6 микрон в зеленом (трассер звездной массы) и XMM-Newton Рентгеновское изображение синего цвета (индикатор аккреции сверхмассивных черных дыр). Область, наблюдаемая с помощью телескопа Subaru, ограничена желтым пунктирным прямоугольником. Члены галактики, идентифицированные посредством наблюдений с помощью телескопа Subaru, показаны желтыми ромбами, а галактики, идентифицированные спектроскопически, показаны голубыми кружками. На правой панели показано увеличение центральной области протокластера 2,7 угл. Мин. X 1,9 угл. Мин (красный: 2,14 мкм, зеленый: 2,07 мкм, синий: 1,25 мкм). Авторы и права: ESA / Herschel и XMM-Newton; НАСА / Спитцер; NAOJ / Subaru Telescope; Большой бинокулярный телескоп; ESO / VISTA; Polletta et al. 2021; Кояма и др. 2021 г.

В статье, опубликованной в Астрономия и астрофизика journal, международная группа астрономов сообщает об открытии объектов, которые, по всей видимости, представляют собой формирующееся скопление галактик, известное как протокластер.

«Это открытие — важный шаг к достижению нашей конечной цели: понимание сборки скоплений галактик, самых массивных структур, существующих во Вселенной», — сказала Бренда Фрай, доцент астрономии в обсерватории Стюарда Университета Аризоны, и ее коллега. -автор исследования.

Чтобы процитировать местный аналог, Млечный Путь, галактика, которая является домом для нашей Солнечной системы, принадлежит к скоплению галактик, известному как Местная группа, которое, в свою очередь, является частью сверхскопления Девы. Но как выглядело такое сверхскопление, как Дева, 11 миллиардов лет назад?

«Мы все еще очень мало знаем о протокластерах, отчасти потому, что они настолько тусклые, слишком тусклые, чтобы их можно было обнаружить оптическим светом», — сказал Фрай. В то же время они, как известно, ярко излучают на других длинах волн, например, на субмиллиметровых ».

Это протокластер, первоначально обнаруженный телескопом Planck Европейского космического агентства в рамках обзора всего неба, заметно проявился в далекой инфракрасной области электромагнитного спектра. Просеивая выборку из более чем 2000 объектов-кандидатов — структур, которые могут быть в процессе превращения в кластеры, — исследователи обнаружили протокластер, обозначенный как PHz G237.01 + 42.50, или для краткости G237. Наблюдения выглядели многообещающими, но для подтверждения идентичности потребовались дополнительные наблюдения с помощью других телескопов.

Команда под руководством Мари Поллетта из Национального института астрофизики (INAF) в Милане, Италия, провела наблюдения, используя объединенную мощность Большого бинокулярного телескопа в Аризоне, которым управляет UArizona, и телескопа Subaru в Японии. В результате этого комбинированного исследования команда определила 63 галактики, принадлежащие протокластеру G237. Оригинальное открытие было опубликовано в статье (ui.adsabs.harvard.edu/abs/2021… S.503L… 1K / аннотация), а также были получены последующие наблюдения с использованием архивных данных, космической обсерватории Гершеля и космического телескопа Спитцера.

«Вы можете представить себе протокластеры галактик, такие как G237, как верфь галактик, на которой собираются массивные галактики, только эта структура существовала в то время, когда Вселенной было 3 миллиарда лет», — сказал Фрай. «В то же время генеалогия может быть ближе, чем вы думаете. Поскольку Вселенная однородна и одинакова во всех направлениях, мы думаем, что Млечный Путь мог пристыковаться к узлу протокластера, подобному G237, когда он был очень молод ».

Сначала наблюдения G237 предполагали, что общая скорость звездообразования была нереально высокой, и команда изо всех сил пыталась разобраться в данных. Авторы отмечают, что протокластер G237, похоже, образовывал звезды в 10 000 раз быстрее, чем Млечный Путь. При такой скорости ожидается, что протокластер быстро израсходует свое звездное топливо и впоследствии превратится в сложную систему, подобную сверхскоплению Девы.

«Каждая из 63 галактик, открытых на данный момент в G237, была похожа на фабрику звезд в перегрузке», — сказал Фрай. «Это как если бы галактики работали сверхурочно, чтобы собрать звезды. Скорость производства была неустойчивой. При таком темпе цепочки поставок, как ожидается, в ближайшем будущем разорвутся, и верфь галактики навсегда остановится ».

Такие высокие урожаи могут поддерживаться только непрерывным впрыском топлива, которым для звезд является водород. Фрай сказал, что для этого потребовалась эффективная и непрерывная цепочка поставок, которая потребляла неоправданно большие объемы свежего газа для подпитки звездообразующих заводов.

«Мы не знаем, откуда шел этот газ», — сказала она.

Позже команда обнаружила, что часть сигнала исходила от галактик, не связанных с протокластером, но даже после того, как нерелевантные сигналы были удалены, общая скорость звездообразования оставалась высокой, по крайней мере, тысяча солнечных масс в год, согласно Полетте. Для сравнения: Млечный Путь производит около одной солнечной массы каждый год.

«Картина, которую мы собрали вместе, — это картина успешной верфи галактики, которая работает с высокой эффективностью для сборки галактик и звезд внутри них и имеет более устойчивый источник энергии», — сказал Фрай.

Все галактики во Вселенной являются частью гигантской структуры, напоминающей трехмерную паутину, называемую космической паутиной. Нити космической паутины пересекаются в узлах, которые в использованной здесь аналогии приравниваются к верфям галактик.

«Мы считаем, что волокна опосредуют перенос газообразного водорода из диффузной среды межгалактического пространства на эти голодные, вновь формирующиеся протокластерные структуры в узлах», — сказал Фрай.

Указывая на будущие исследования, Поллетта сказал: «Мы находимся в процессе анализа большего количества наблюдений этого и других протокластеров Планка с целью проследить газ, который рождает эти новообразованные звезды и питает сверхмассивные черные дыры, чтобы определить его происхождение и объяснение наблюдаемой необычной активности ».

Фрай сказала, что с нетерпением ждет возможности объединения данных, полученных с Большого бинокулярного телескопа, с запланированными наблюдениями с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, который будет запущен в декабре.

«Протокластеры дают возможность исследовать ключевые вопросы астрономии, на которые может дать ответ только эта новая обсерватория, — сказала она, — например, какие механизмы приводят в движение колоссальное звездообразование и когда закончится запас водорода, что вынудит эту верфь галактики закрыть свою двери и превратиться в сверхскопление, подобное тому, в котором находится наш Млечный Путь? »