Жизнь взаймы: как галактики ранней Вселенной сами себя уничтожали

Используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) и Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решётку (ALMA), астрономы, возможно, приблизились к разгадке давней тайны эволюции галактик: почему столь многие массивные галактики в ранней Вселенной, судя по всему, «умерли» гораздо раньше, чем ожидалось.

Галактики считаются «живыми», пока в них активно рождаются новые звёзды, и «мёртвыми», когда звездообразование в основном прекращается. В современной Вселенной мёртвые галактики — обычное дело. Однако астрономов удивило обнаружение большого их количества в ранней Вселенной — в эпоху, когда галактики, по всем ожиданиям, должны были бурно расти и порождать звёзды одну за другой.

Совместив наблюдения далёкой галактики с помощью ALMA и JWST, исследователи обнаружили «убивающий галактики» ветер — колоссальный, движущийся на огромной скорости поток газа, достаточно мощный, чтобы лишить галактику сырья, необходимого для создания новых звёзд. Согласно заявлению Королевского астрономического общества, это открытие способно объяснить загадочное обилие массивных «мёртвых» галактик, встречающихся повсюду в молодом космосе.

«Плотные области Вселенной напоминают очень оживлённые города, — пояснила ведущий автор исследования Ребекка Дэвис из Суинбернского технологического университета в Мельбурне. — Галактики сталкиваются и переживают неистовые всплески звездообразования. Но когда самые крупные звёзды выгорают, они взрываются как сверхновые, запуская мощные ветра, которые выдувают тот самый газ, что нужен галактикам для продолжения формирования звёзд».

Дэвис и её коллеги наблюдали галактику под названием CRISTAL-02, какой она была спустя всего миллиард лет после Большого взрыва, застав её в разгар стремительного рывка роста.

Наблюдения показали, что CRISTAL-02 формирует звёзды примерно вдвое быстрее, чем аналогичные галактики той же эпохи. Одновременно JWST и ALMA зафиксировали обширный шлейф холодного газа, простирающийся далеко за пределы галактики — верный признак того, что вещество выбрасывается в межгалактическое пространство.

«В галактике дует мощный ветер, выбрасывающий материал вдвое быстрее, чем она формирует звёзды, — добавила Дэвис. — Если это стремительное истечение продолжится, галактика может стать мёртвой менее чем через 50 миллионов лет, что объясняет происхождение загадочных массивных мёртвых галактик в ранней Вселенной».

Открытие особенно интригует потому, что CRISTAL-02 — не одиночная галактика. Она представляет собой несколько галактик, находящихся на финальной стадии слияния. Во время таких космических столкновений газ устремляется к галактическим центрам, вызывая интенсивные всплески звездообразования, за которыми следуют взрывы сверхновых. Те, в свою очередь, порождают мощные ветра, препятствующие рождению любых новых звёзд.

Более того, наблюдения показывают, что почти половина массивных галактик в ранней Вселенной взаимодействовала с близлежащими соседями, — а это означает, что слияния и убивающие галактики ветра могли быть широко распространённым явлением. Таким образом, многие из первых гигантских галактик Вселенной, возможно, фактически сами уничтожили собственную способность формировать звёзды, — что помогает объяснить, почему столь многие из них, судя по всему, жили ярко и умирали молодыми.

«Если многие ранние галактики сталкивались и переживали стремительный рост, то, возможно, не стоит удивляться тому, что мы видим так много мёртвых галактик в ранней Вселенной, — сказала Дэвис. — CRISTAL-02 предлагает естественное решение загадки, почему эти массивные галактики живут взаймы и умирают молодыми».

Открытие галактического суперветра в CRISTAL-02 заставляет астрономов пересмотреть устоявшиеся модели эволюции галактик. Если раньше считалось, что гибель массивных галактик — процесс постепенный, растянутый на сотни миллионов лет, то теперь выясняется, что природа располагает куда более стремительным и разрушительным сценарием. По сути, галактика, подобная CRISTAL-02, напоминает перегретый двигатель, который на пике мощности сам выбрасывает из себя всё топливо.

Особый интерес представляет химический состав обнаруженного ветра. Спектральный анализ показывает, что выбрасываемый газ обогащён тяжёлыми элементами — углеродом, кислородом, магнием, — синтезированными в недрах массивных звёзд и рассеянными взрывами сверхновых. Это означает, что «галактический ветер» не просто лишает галактику водорода и гелия — сырья для будущих светил, — но и обогащает межгалактическую среду строительным материалом для планет, а в конечном счёте и для жизни.

Команда Дэвис планирует продолжить наблюдения за CRISTAL-02 и подобными ей сливающимися системами, чтобы проследить судьбу выброшенного газа. Один из ключевых вопросов: оседает ли это вещество обратно в галактику спустя миллиарды лет, запуская вторую волну звездообразования, или безвозвратно теряется в межгалактическом пространстве? Ответ на него определит, была ли смерть ранних гигантов окончательной — или это лишь временная спячка, за которой следует возрождение.

Исследование было опубликовано 10 июня в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.