Гигантская сверхактивная галактика образовалась на раннем этапе Вселенной. Она быстро развивалась и внезапно замерла

Астрофизики из университета Калифорнии, Риверсайд, обнаружили необычно крупную галактику, существовавшую около 12 миллиардов лет назад, на весьма раннем этапе развития Вселенной. Галактика XMM-2599 порождала новые звёзды с аномально высокой скоростью, но затем быстро перешла в спокойную фазу существования. Такие ранние галактики, резко закончившие свою эволюцию, очень необычны и не укладываются в сегодняшние представления. Статья международной исследовательской группы об этом открытии вышла 5 февраля в The Astrophysical Journal Letters.

Галактика XMM-2599 на звёздном небе находится примерно в районе экватора. Как следует из каталожного названия, она выбрана как целевой объект из обзора космического телескопа XMM-Newton (предназначенного для наблюдений в рентгеновском диапазоне, но имеющего также околооптические каналы). Космологическое красное смещение галактики 3,493, что соответствует расстоянию около 12 миллиардов световых лет.

В космологии оперируют не расстояниями до удалённых галактик, а величинами космологического красного смещения (redshift) z — непосредственно измеряемым параметром. Это относительный сдвиг спектральных линий элементов в дальних галактиках по сравнению с «лабораторными» значениями на Земле. Эта величина тем больше, чем выше скорость удаления галактики от нас из-за расширения Вселенной, соответственно, чем больше расстояние до неё. На больших z (больше 1) мы наблюдаем свет, дошедший от сильно удалённых объектов на ранних этапах после образования Вселенной, но связь этой величины с расстоянием сильно зависит от принятых моделей эволюции Вселенной. В сравнительно близких окрестностях оперируют величинами z в районе 0,01-0,1; для таких маленьких значений красного смещения связь z с расстоянием более однозначна, эти величины соответствуют расстояниям до миллиарда световых лет. Характерные значения z 3—4 указывают на объекты, сформировавшиеся в первые миллиарды лет после Большого взрыва, свет от которых доходит до нас только сейчас.

Масса галактики составляла 300 миллиардов солнечных масс, что необычно для первых галактик, существовавших в первые 1—2 миллиарда жизни Вселенной. Она, таким образом, относится к классу «ультрамассивных галактик». Кроме того, скорость формирования новых звёзд в ней составляла около 1000 солнечных масс в год. Для сравнения: масса нашей Галактики около триллиона солнечных масс, а скорость формирования звёзд в ней составляет две-три солнечные массы в год.

Однако эта ранняя галактика «жила быстро и умерла молодой»: интенсивное формирование звёздной материи продолжалось в ней всего полмиллиарда лет, и в настоящее время мы наблюдаем спокойную галактику, уже вышедшую из стадии активного формирования звёзд. Учитывая раннее формирование галактики и её значительную массу, этот переход в спокойную стадию по галактическим меркам произошёл очень быстро.

Спектроскопические данные, позволившие реконструировать эволюцию галактики, получены в обсерватории Кека на Гавайях, на спектрографе MOSFIRE (Multi-Object Spectrograph for InfraRed Exploration). Для таких удалённых объектов состояние галактики определяется по особенностям её спектра: именно, изучаются так называемые UVJ-диаграммы, предложенные как инструмент различения типов галактик в 2009 году. На двух осях таких диаграмм откладываются разницы величины сигнала в спектральных полосах U,V (U-V) и V, J (V-J) с поправкой на красное смещение галактики. U, V, J — это стандартные фотометрические обозначения для набора спектральных полос, используемого в астрономии (U — 365 нм, ультрафиолет, V — 551 нм, видимый свет, J — одна из инфракрасных полос с длиной 1220 нм).

На картах вегетативного индекса NDVI области с интенсивной растительностью (тропики) чётко различаются на фоне пустынь, заснеженных участков и водных поверхностей.
Методика отдалённо напоминает составление карт вегетации методом спутниковой, аэро- или дроновой съёмки. При этом используется какой-либо один или несколько «индексов вегетативности». Один из распространённых показателей, встроенный во множество программных пакетов для дронов для нужд сельского хозяйства — NDVI (normalized difference vegetation index), где вычисляется нормализованная разность между отражающей способностью участка в красном и инфракрасном диапазоне: области с густой растительностью хорошо отражают волны в инфракрасном диапазоне (I), но поглощают красный свет (R), поэтому карты разности I-R позволяют легко определить интенсивность вегетации.

Это позволяет разграничить две большие группы галактик: с активным формированием звёзд и «спокойные» (quiescent), которые занимают разные области на UVJ-диаграмме. Подключение фотометрических данных в ближнем инфракрасном диапазоне позволяет решить давнюю проблему астрофизиков: как различить оптически «красные» галактики, которые стали такими из-за возраста или из-за поглощения света межзвёздной пылью (признак галактик с активным формированием звёзд). Используют классификации спектра галактик и по другим полосам, но именно система UVJ в последнее десятилетие стала популярным инструментом для удалённых объектов.

На UVJ-диаграммах выделяются области с преимущественно «спокойными» галактиками (низкая скорость формирования звёзд; красный цвет) и с интенсивным звёздообразованием (зелёный и синий). Из: Williams et al., Astroph.J., 691, 1879 (2009).

Сверхмассивные галактики, образовавшиеся так рано, встречаются достаточно редко, хотя модели предсказывают их появление. По нашим представлениям, мы должны наблюдать их всё ещё в стадии активного формирования звёзд. Однако спокойная гигантская галактика на таких больших расстояниях, то есть завершившая активную фазу эволюции даже до образования нашей собственной галактики — неожиданность. Причины внезапного прекращения активности в галактике XMM-2599 неясны, и существующие модели пока что этого не предусматривают. Возможно, в последующей истории развития (свет от которой ещё не дошёл до нас) эта галактика стала центром притяжения для соседних меньших галактик и превратилась в «ярчайшую галактику скопления» (BCG, Brightest cluster galaxy) — класс объектов, включающий наиболее массивные известные нам галактики во Вселенной.

Источник: 22century.ru

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

Вы должны быть авторизованы, чтобы разместить комментарий.