Ученые выяснили, почему некоторые массивные галактики перестали формировать звезды уже через миллиард лет после Большого взрыва. Оказалось, выдувать из них газ, необходимый для рождения новых светил, может мощный галактический ветер.
С помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб» в ранней Вселенной открыли немало массивных «мертвых» галактик. Эти объекты практически не образуют новые звезды, хотя существовали в эпоху, когда космос был очень молод.
Исследователи давно предполагали, что причина кроется в мощном оттоке газа — галактическом ветре, который лишает галактику материала для дальнейшего звездообразования. Правда, прямых доказательств того, что такие ветры в ранней Вселенной действительно достаточно сильны, чтобы остановить рост галактик, не было.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, наблюдали систему CRISTAL-02 такой, какой она была примерно через 1,1 миллиарда лет после Большого взрыва. Эта галактика активно формирует звезды — приблизительно 260 солнечных масс в год, что втрое выше среднего уровня для объектов такой массы в ту эпоху. Выяснилось, что система переживает слияние нескольких галактических фрагментов, а внутри нее расположены крупные области интенсивного звездообразования.
Проследив распределение холодного газа по излучению ионизированного углерода с помощью радиоинтерферометра ALMA и изучив движение и свойства ионизированного газа с помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб», астрономы обнаружили гигантский газовый «шлейф». Его протяженность от галактики составила примерно 22.800 световых лет. Газ в этой структуре движется в сторону Земли и обладает высокой скоростью и турбулентностью — характерными признаками выброса вещества.
Примечательно, что выброс имел форму двух конусов, направленных в противоположные стороны от области наиболее активного звездообразования. Подобная геометрия хорошо известна астрономам по близким галактикам, где сверхновые и молодые звезды создают так называемые суперветры. В газе также наблюдались следы ударных волн, которые возникают при его быстром выбросе в межгалактическое пространство.
Максимальная скорость потока, по расчетам, достигала примерно 640 километров в секунду, а с учетом ориентации системы могла превысить 1000 километров в секунду. Поскольку это сопоставимо со скоростью убегания из галактики, значительная часть газа может покинуть ее навсегда.
Интересно, что в выбросе содержится около 1,5 миллиарда солнечных масс газа. Причем ветер уносит вещество со скоростью более 500 солнечных масс в год — примерно вдвое быстрее, чем галактика успевает превратить газ в новые светила. Если этот процесс продолжится и запасы не будут пополняться, вся молекулярная «кладовая» галактики может быть исчерпана менее чем за 100 миллионов лет.
Во многих галактиках подобные ветры создаются сверхмассивными черными дырами в активных ядрах. Однако в CRISTAL-02 признаков активного ядра не нашли. При этом спектральные характеристики указали, что главным двигателем процесса, судя по всему, были молодые звезды и взрывы сверхновых. Энергия, выделяемая последними, практически совпадает с энергией наблюдаемого потока газа.
Сравнив новый объект почти с 100 известными галактическими ветрами разных эпох, исследователи пришли к неожиданному выводу. Несмотря на колоссальную разницу во времени — примерно 12 миллиардов лет космической истории, — эффективность таких звездных ветров практически не изменилась. Значит, механизмы звездной обратной связи работали в юной Вселенной так же, как сегодня.
CRISTAL-02 может представлять собой редкий момент перехода от бурного роста к угасанию. Сейчас галактика переживает вспышку звездообразования, вероятно, вызванную слиянием с соседями. Но одновременно мощный ветер уже начинает лишать ее топлива. Именно такие процессы, по мнению авторов научной работы, могли породить первые массивные спящие галактики, которые сегодня находят в ранней Вселенной.
Автор: Любовь Соколова