Зображення з дослідження SHARDS. Авторство зображення: дослідницька група SHARDS
Нові зображення показали детальні підказки про те, як у Всесвіті утворилися перші зірки та структури, і припускають, що формування галактики почалося несподівано.
Міжнародна група астрономів з Ноттінгемського університету та Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) використала дані з Космічний телескоп Хаббла (HST) і Gran Telescopio Canarias (GTC), так звані Frontier Fields, щоб знайти та вивчити деякі з найменших найменших галактик у сусідньому Всесвіті. Це показало, що утворення галактики, ймовірно, було випадковим. Перші результати щойно опубліковані в журналі Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства (MNRAS).
Одне з найцікавіших питань, на яке астрономи намагалися відповісти десятиліттями, це те, як і коли утворилися перші галактики. Щодо того, як, одна з можливостей полягає в тому, що формування перших зірок у галактиках почалося рівномірно, повільно створюючи все більш масивну систему. Інша можливість полягає в тому, що утворення було більш бурхливим і переривчастим, з інтенсивними, але короткочасними спалахами зореутворення, спровокованими такими подіями, як злиття та посилене накопичення газу.
«Утворення галактик можна порівняти з автомобілем», — пояснює Пабло Г. Перес-Гонсалес, один із співавторів статті, що належить до Centro de Astrobiología (CAB/CSIC-INTA) у Іспанія, і головний дослідник міжнародної співпраці, що стоїть за цим дослідженням. «Перші галактики могли мати «дизельний» двигун зореутворення, який повільно, але безперервно додавав нові зірки, без особливого прискорення та м’яко перетворював газ на відносно маленькі зірки протягом тривалих періодів часу. Або утворення могло бути різким, коли спалахи зореутворення створювали неймовірно великі зірки, які руйнували галактику та змушували її на деякий час або навіть назавжди припинити свою діяльність. Кожен сценарій пов’язаний з різними процесами, такими як злиття галактик або вплив надмасивних чорних дір, і вони впливають на те, коли і як утворилися вуглець або кисень, необхідні для нашого життя».
Використовуючи силу гравітаційної лінзи деяких із наймасивніших скупчень галактик у Всесвіті та виняткові дані GTC, отримані в рамках проекту під назвою «Огляд червоних і мертвих джерел з високим z» (SHARDS), астрономи шукали найближчі аналоги найперших галактик, утворених у Всесвіту, щоб їх можна було вивчити набагато детальніше.
Доктор Алекс Гріффітс з Ноттінгемського університету був одним із провідних британських дослідників у дослідженні. Він пояснює: «Поки у нас не буде нового космічного телескопа Джеймса Вебба, ми не зможемо спостерігати перші коли-небудь сформовані галактики, вони просто надто слабкі. Тож ми шукали подібних звірів у сусідньому Всесвіті та досліджували їх за допомогою найпотужніших телескопів, які зараз є у нас».
Дослідники об’єднали потужність найсучасніших телескопів, таких як HST і GTC, за допомогою «природних телескопів». Професор Кріс Конселіс з Манчестерського університету є співавтором дослідження, він сказав: «Деякі галактики живуть у великих групах, які ми називаємо скупченнями, які містять величезну кількість маси у формі зірок, а також газу та темна матерія. Їх маса настільки велика, що вони спотворюють простір-час і діють як природні телескопи. Ми називаємо їх гравітаційними лінзами, і вони дозволяють нам бачити слабкі та далекі галактики з підвищеною яскравістю та з вищою просторовою роздільною здатністю».
Спостереження деяких із цих масивних скупчень, які діють як гравітаційні телескопи, є основою огляду Frontier Field. Дослідження показало, що утворення галактики, ймовірно, відбувалося як зупинка, так і спалахи активності, за якими слідували затишшя. Доктор Гріффітс з Університету Ноттінгема сказав: «Наш головний результат полягає в тому, що початок утворення галактик відбувається уривчасто, як ривки двигуна автомобіля, з періодами посиленого зореутворення, за якими слідують сонні інтервали. Малоймовірно, що злиття галактик зіграло суттєву роль у запуску цих спалахів зореутворення, і, швидше за все, через альтернативні причини, які посилюють акрецію газу, нам потрібно пошук для тих альтернатив.
«Ми змогли знайти ці об’єкти завдяки високоякісним даним SHARDS у поєднанні з даними зображень космічного телескопа Hubble, щоб виявити гарячий газ, нагрітий новоутвореними зірками в дуже маленьких галактиках. Цей гарячий газ випромінює певну довжину хвилі, яку ми називаємо емісійними лініями, як неонове світло. Аналіз цих ліній випромінювання може дати розуміння формування та еволюції галактики».
«Спостереження SHARDS Frontier Fields, проведені за допомогою GTC, надали найглибші дані, які коли-небудь були отримані для виявлення карликових галактик через їхні емісійні лінії, що дозволяє нам ідентифікувати системи з нещодавно ініціованим зореутворенням», — додає Перес-Гонсалес, один із співавторів Доповідач і головний дослідник проекту GTC SHARDS Frontier Fields.
Довідка: «Галактики лінії випромінювання в прикордонних полях SHARDS I: вибір кандидатів і відкриття випромінювачів Bursty Ha» 20 жовтня 2021 р., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab2566
