Объяснение происхождения ультрадиффузных галактик

Астрономы проанализировали образование ультрадиффузных галактик с помощью космологического моделирования. Оказалось, что часть покоящихся представителей этого класса – то есть галактик, в которых закончилось активное звездообразование – находятся далеко от скоплений галактик. Это происходит из-за взаимодействия с плотным скоплением галактик, в результате чего ультрадиффузная галактика сначала теряет вещество и перестает образовывать новые звезды, а затем улетает от скопления на несколько мегапарсеков.

Все, что вам нужно знать об ультрадиффузных галактиках

Что такое ультрадиффузные галактики?

Ультрадиффузными галактиками называют галактики, которые содержат в сотни или тысячи раз меньше звезд по размерам, сопоставимым с Млечным путем, то есть они намного легче и тусклее, чем типичная большая галактика, что затрудняет их наблюдение. Происхождение предметов с такими свойствами окончательно не установлено.

Группы

Согласно наблюдениям, ультрадиффузные галактики можно разделить на две группы: в одних происходит относительно активное звездообразование (с типичной скоростью в диапазоне 0,001–1 солнечной массы в год), а другие уже вымерли и не образуют новых. звезды. В этом случае характерное расположение спокойных галактик – это плотные скопления галактик, а звездообразование обычно наблюдается в ультрадиффузных галактиках вне таких скоплений.

Физика галактик

Эти данные согласуются с качественным пониманием физики галактик. Находясь в скоплении, ультрадиффузная галактика теряет собственное вещество из-за взаимодействия с плотной средой, и ей не из чего образовывать новые звезды, в то время как вне скопления потеря вещества не такая интенсивная и материала для звезды достаточно. формирование.

Покоящиеся ультрадиффузные галактики

Однако некоторые покоящиеся ультрадиффузные галактики расположены далеко от плотных скоплений галактик, где плотность окружающей среды недостаточна, чтобы галактика теряла много вещества. Качественных рассуждений уже недостаточно для теоретического объяснения таких наблюдений, и требуются подробные количественные модели и компьютерное моделирование.

Гидродинамическое космологическое моделирование

Астрономы проследили эволюцию ультрадиффузных галактик в гидродинамических космологических моделях. Ученые выбрали область линейным размером 50,7 мегапарсека. Внутри него поместили около десяти миллиардов частиц с массой около 10 ⁵ массы Солнца, которые были смоделированы как обычная материя, так и темная материя. Помимо гравитации, при моделировании учитывались звездообразование, охлаждение и нагрев газа, эволюция химического состава Вселенной, механизмы обратной связи для звезд и черных дыр, а также магнитные поля.

Субхало

Авторы идентифицировали объекты по субгало (уплотнение модельных частиц), которые содержат компонент звездной массы. Для идентифицированных галактик были вычислены масса (звездная и полная), морфологический параметр (описывающий форму галактики) и характерный радиус – расстояние, на котором находится половина всей звездной массы галактики.

Критерии

Исследователи относили отдельную галактику к ультрадиффузной, если ее масса находилась в диапазоне 10 7,5 -10 9 масс Солнца (соответствует наблюдениям) и среди галактик близких масс она принадлежала к пяти процентам крупнейших по радиусу. Благодаря этим критериям массы и размеры моделируемых ультрадиффузных галактик практически совпадали с реально наблюдаемыми.

14 миллиардов лет эволюции

Начав моделирование с красным смещением z = 127, ученые смоделировали почти 14 миллиардов лет эволюции выделенного объема и проследили окончательное распределение ультрадиффузных галактик в общей пространственной структуре.

Полученные результаты

Оказалось, что во время моделирования погасло около четверти ультрадиффузных галактик. В то же время глобальная картина совпала с качественными ожиданиями: покоящиеся галактики в основном сосредоточены в скоплениях, а образующиеся звезды более равномерно разбросаны по разреженным областям.

Дополнительные открытия

Тем не менее, астрономы также обнаружили в конечном распределении изолированные покоящиеся ультрадиффузные галактики на расстояниях в несколько мегапарсеков до ближайших скоплений. Более подробно проследив их движение и скорость звездообразования во времени, исследователи обнаружили, что такие объекты образуются в результате взаимодействия со скоплением на более ранней стадии эволюции (в среднем 5,5 ± 2,5 млрд лет назад с продолжительность взаимодействия около полутора миллиардов лет).

Галактики улетают

Приближаясь к скоплению, галактика, активно образующая звезды, попадает в плотную среду и теряет материал, в результате чего вымирает. В этом случае при удачной траектории ухода ультрадиффузная галактика может покинуть скопление после взаимодействия и в масштабе миллиардов лет улететь на расстояние в несколько мегапарсеков от него.

Прочие свойства

Авторы отметили и другие свойства, которые отличают покоящиеся ультрадиффузные галактики от звездообразующих и позволят проверить адекватность результатов моделирования с помощью наблюдений. В частности, форма первых всегда ближе к сфероидальной, а среди вторых были как дискообразные, так и сферические.

Спокойные галактики светлее

Кроме того, покоящиеся галактики, выброшенные из скоплений, оказались в несколько раз легче по сравнению со звездообразующими той же звездной массы – то есть потеряли не только обычную материю, но и заметную долю темной материи (об этом также свидетельствует профили плотности темной материи, которая на краях, выброшенная из скоплений ультрадиффузных галактик, острее, чем у аналогичных звездообразующих галактик).