На цьому зображенні зображено падіння блакитної ультрадифузної галактики в систему галактик і її подальше викидання у вигляді червоної ультрадифузної галактики. Авторство: MIT
Результати є схемою для пошуку таких систем у тихіших і порожніших регіонах Всесвіту.
За визначенням, карликові галактики малі та тьмяні, лише невелика частка зірок знаходиться в Чумацький шлях та інші галактики. Однак серед карликів є гіганти: ультрадифузні галактики, або UDG, є карликовими системами, які містять відносно мало зірок, але розкидані по величезних регіонах. Через те, що вони дуже дифузні, ці системи важко виявити, хоча більшість з них були знайдені в скупченнях більших і яскравіших галактик.
Зараз астрономи с MIT, Університет Каліфорнії в Ріверсайді та в інших місцях використовували детальне моделювання для виявлення «погашених» UDG — рідкісного типу карликових галактик, які перестали генерувати зірки. У своєму моделюванні вони ідентифікували кілька таких систем і виявили, що галактики не були скупченнями, а скоріше заслані в порожнечі — тихі, майже порожні регіони Всесвіту.
Ця ізоляція суперечить прогнозам астрономів щодо того, як мають утворюватися погашені UDG. Отже, команда використовувала те саме моделювання, щоб перемотати назад еволюцію карликових систем і побачити, як саме вони з’явилися.
Дослідники виявили, що погашені UDG, ймовірно, об’єднуються в ореоли темної матерії з надзвичайно високим кутовим моментом. Подібно до машини для виробництва солодкої вати, це екстремальне середовище могло породити карликові галактики, які були аномально витягнуті.
Ці UDG потім еволюціонували в межах скупчень галактик, як і більшість UDG. Але взаємодії всередині скупчення, ймовірно, викинули карликів у порожнечу, давши їм широкі, схожі на бумеранг траєкторії, відомі як орбіти «зворотного сплеску». У процесі цього газ із галактик видалявся, залишаючи галактики «погашеними» й нездатними виробляти нові зірки.
Моделювання показало, що такі UDG мають бути більш поширеними, ніж ті, що спостерігалися. Дослідники кажуть, що їхні результати, опубліковані сьогодні в Природа астрономії, надають астрономам схему пошуку цих карликових гігантів у пустотах Всесвіту.
«Ми завжди прагнемо досягти повного консенсусу щодо галактик, які ми маємо у Всесвіті», — говорить Марк Фогельсбергер, доцент кафедри фізики Массачусетського технологічного інституту. «Це дослідження додає нову популяцію галактик, яку фактично передбачає симуляція. І тепер ми маємо шукати їх у реальному Всесвіті».
Фогельсбергер керував дослідженням разом з Лаурою Салес з Каліфорнійського університету в Ріверсайді та Хосе А. Бенавідесом з Інституту теоретичної та експериментальної астрономії в Аргентині.
Червоний проти синього
Команди пошук для погашених UDG почалося з простого огляду супутників UDG — ультрадифузних систем, які знаходяться за межами скупчень галактик. Астрономи передбачають, що UDG у скупченнях слід погасити, оскільки вони будуть оточені іншими галактиками, які, по суті, знищать уже дифузний газ UDG і припинить утворення зірок. Погашені UDG у скупченнях повинні складатися переважно зі старих зірок і мати червоний колір.
Якщо UDG існують поза скупченнями, у порожнечі, очікується, що вони продовжуватимуть створювати зірки, оскільки не буде конкуруючого газу з інших галактик, щоб їх погасити. Таким чином, UDG у порожнечі, за прогнозами, будуть багаті новими зірками та виглядатимуть синіми.
Коли команда досліджувала попередні виявлення супутників UDG поза скупченнями, вони виявили, що більшість із них були синіми, як і очікувалося, але деякі були червоними.
«Це те, що привернуло нашу увагу, — каже Сейлз. «І ми подумали: «Що вони там роблять? Як вони утворилися?» Хорошого пояснення не було».
Галактичний куб
Щоб знайти такий, дослідники звернулися до TNG50, детального космологічного моделювання формування галактик, розробленого Фогельсбергером та іншими співробітниками Массачусетського технологічного інституту та інших місць. Симуляція виконується на деяких з найпотужніших суперкомп’ютерів у світі та розроблена для еволюції великого об’єму Всесвіту в умовах, схожих на ті, що виникли незабаром після великий вибух до наших днів.
Моделювання базується на фундаментальних принципах фізики та складній взаємодії між речовиною та газом, і його результати, як було показано в багатьох сценаріях, узгоджуються з тим, що астрономи спостерігали у реальному Всесвіті. Тому TNG50 використовувався як точна модель того, як і де багато типів галактик еволюціонують у часі.
У своєму новому дослідженні Фогельсбергер, Салес і Бенавідес використовували TNG50, щоб спочатку побачити, чи можуть вони помітити погашені UDG за межами скупчень галактик. Вони почали з куба раннього Всесвіту розміром близько 150 мільйонів світлових років у ширину, і провели симуляцію вперед, аж до наших днів. Потім вони шукали симуляцію спеціально для UDG у пустотах і виявили, що більшість із них були синіми, як і очікувалося. Але дивовижна кількість — близько 25 відсотків — були червоними або згаслими.
Вони зосередилися на цих червоних карликах-супутниках і використали те саме моделювання, цього разу як машину часу, щоб побачити, як, коли та де виникли ці галактики. Вони виявили, що системи спочатку були частиною кластерів, але були якимось чином викинуті в порожнечу, на більш еліптичну орбіту «зворотного випромінювання».
«Ці орбіти майже схожі на орбіти комет у нашій Сонячній системі», — каже Сейлз. «Деякі виходять і повертаються на орбіту, а інші можуть увійти один раз і ніколи більше. Для погашених UDG, оскільки їхні орбіти настільки еліптичні, вони не встигли повернутися, навіть протягом усього віку Всесвіту. Вони все ще там, у полі».
Моделювання також показало, що червоне забарвлення погашених UDG виникло внаслідок їхнього викиду — бурхливого процесу, який позбавив галактик зореутворюючий газ, залишивши його погашеним і червоним. Проводячи симуляції далі в минуле, команда помітила, що крихітні системи, як і всі галактики, виникли в гало темної матерії, де газ зливається в галактичні диски. Але для погашених UDG гало оберталися швидше, ніж зазвичай, утворюючи розтягнуті ультрадифузні галактики.
Тепер, коли дослідники краще розуміють, де і як виникли погашені UDG, вони сподіваються, що астрономи зможуть використати отримані результати для налаштування телескопів, щоб ідентифікувати більше таких ізольованих червоних карликів, які, згідно з моделюванням, повинні ховатися у більшій кількості, ніж те, що мають астрономи. далеко виявлено.
«Це досить дивно, що симуляції дійсно можуть створювати всі ці дуже маленькі об’єкти», – каже Фогельсбергер. «Ми прогнозуємо, що таких галактик має бути більше. Це робить нашу роботу досить захоплюючою».
Детальніше про це дослідження див Астрономи розкривають походження невловимих ультрадифузних галактик.
Довідка: Хосе А. Бенавідес, Лаура В. Сейлз, Маріо «Спокійні ультрадифузні галактики в полі, що походять із орбіт зворотного сплеску». Г. Абаді, Анналіза Піллепіх, Ділан Нельсон, Федеріко Маріначчі, Майкл Купер, Рюдігер Пакмор, Пол Торрі, Марк Фогельсбергер і Ларс Гернквіст, 6 вересня 2021 р., Природа астрономії.
DOI: 10.1038/s41550-021-01458-1
