Небесная тайна: в ранних массивных галактиках кончилось топливо, и они не смогли его пополнить

Но ученые, наблюдающие раннюю Вселенную с помощью Большой миллиметровой / субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA) и космического телескопа Хаббла, обнаружили нечто странное: полдюжины ранних массивных галактик, у которых закончилось топливо.

Шесть галактик, отобранных для наблюдения с помощью Растворяющих ТИХИХ увеличенных галактик на высоких красное смещение, или обзор REQUIEM, несовместимы с тем, что астрономы ожидают от ранней Вселенной.

«Самые массивные галактики во Вселенной жили быстро и яростно, создавая свои звезды за удивительно короткий промежуток времени. «Газ, топливо для звездообразования, должно быть в изобилии в эти ранние времена во Вселенной», – сказала Кейт Уитакер, ведущий автор исследования и доцент астрономии Массачусетского университета в Амхерсте. «Первоначально мы полагали, что эти погасшие галактики« тормозят »всего через несколько миллиардов лет после Большого взрыва. В нашем новом исследовании мы пришли к выводу, что ранние галактики на самом деле не тормозили, а скорее работали пусто ».

Чтобы лучше понять, как галактики образовывались и умирали, команда наблюдала их с помощью телескопа Хаббла, который раскрыл подробности о звездах, находящихся в галактиках. Одновременные наблюдения с ALMA выявили континуум излучения галактик – индикатор пыли – на миллиметровых длинах волн, что позволило команде сделать вывод о количестве газа в галактиках. Использование двух телескопов основано на тщательном проектировании, поскольку цель REQUIEM – использовать сильное гравитационное линзирование в качестве естественного телескопа для наблюдения за спящими галактиками с более высоким пространственным разрешением. Это, в свою очередь, дает ученым четкое представление о том, что происходит внутри галактик, что часто невозможно с теми, кто работает на пустом месте.

«Если в галактике не образуется много новых звезд, она очень быстро тускнеет, поэтому трудно или невозможно детально наблюдать за ними с помощью любого отдельного телескопа. REQUIEM решает эту проблему, изучая галактики, которые гравитационно линзированы, что означает, что их свет растягивается и увеличивается, поскольку он изгибается и искривляется вокруг других галактик, гораздо более близких к Млечному Пути », – сказал Джастин Спилкер, соавтор нового исследования, и НАСА. Постдокторант Хаббла в Техасском университете в Остине.

«Таким образом, гравитационное линзирование в сочетании с разрешающей способностью и чувствительностью Хаббла и ALMA действует как естественный телескоп и заставляет эти умирающие галактики казаться больше и ярче, чем они есть на самом деле, позволяя нам видеть, что происходит, а что нет. т. ”

Новые наблюдения показали, что прекращение звездообразования в шести целевых галактиках не было вызвано внезапной неэффективностью преобразования холодного газа в звезды. Вместо этого это было результатом истощения или удаления газовых резервуаров в галактиках.

«Мы еще не понимаем, почему это происходит, но возможные объяснения могут заключаться в том, что либо первичный газ, питающий галактику, отключен, либо, возможно, сверхмассивная черная дыра выделяет энергию, которая сохраняет газ в галактике горячим», – сказала Кристина. Уильямс, астроном из Университета Аризоны и соавтор исследования. «По сути, это означает, что галактики не могут пополнить топливный бак и, следовательно, не могут перезапустить двигатель при образовании звезд».

Это исследование также представляет собой ряд важных нововведений в области измерения ранних массивных галактик, синтезируя информацию, которая будет служить ориентиром для будущих исследований ранней Вселенной на долгие годы.

«Это первые измерения континуума холодной пыли далеких спящих галактик и, по сути, первые измерения такого рода за пределами локальной Вселенной», – сказал Уитакер, добавив, что новое исследование позволило ученым увидеть, сколько газа умерло. галактики есть. «Мы смогли исследовать топливо звездообразования в этих ранних массивных галактиках, достаточно глубоко, чтобы провести первые измерения показаний бензобака, что дало нам критически недостающую точку зрения на свойства холодного газа этих галактик».

Хотя теперь команда знает, что эти галактики работают пусто и что-то мешает им наполнить резервуар и образовать новые звезды, это исследование представляет собой лишь первое в серии исследований того, что заставило ранние массивные галактики исчезнуть или нет.

«Нам еще так много предстоит узнать о том, почему самые массивные галактики сформировались так рано во Вселенной и почему они прекратили свое звездообразование, когда им было доступно так много холодного газа», – сказал Уитакер.

«Сам факт того, что эти массивные звери космоса сформировали 100 миллиардов звезд в течение примерно миллиарда лет, а затем внезапно прекратили свое звездообразование, – это загадка, которую мы все хотели бы разгадать, и REQUIEM предоставил первый ключ к разгадке».