Близкая карликовая галактика оказалась похожа на галактики молодой Вселенной


Близкая карликовая галактика оказалась похожа на галактики молодой Вселенной

Карликовая галактика NGC 3738 типа «Компактная голубая». В таких галактиках активно идут процессы звездообразования и много горячих голубых звезд. Изображение с телескопа «Хаббл»

NASA, ESA

Астрономы изучили близкую к Млечному Пути карликовую галактику J2229+2725 с экстремально низкой металличностью и высоким темпом образования новых звезд. Основываясь на измерениях силы спектральных линий элементов, ученые предположили, что в галактике не просто наблюдается недавняя вспышка звездообразования, но и сама она совсем молода по астрономическим меркам. По мнению астрономов, J2229+2725, по совокупности свойств, может служить наилучшим модельным объектом для изучения свойств карликовых галактик Эпохи реионизации из ранней истории Вселенной. Работа будет опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Современному этапу развития Вселенной, известному как Эра вещества, предшествовало появление первых квазаров, звезд и галактик в Эпоху реионизации, начавшуюся спустя около 200–500 миллионов лет после Большого Взрыва. Сама же Эпоха реионизации началась после Темных веков, к концу которых Вселенная уже достаточно расширилась, чтобы сильно остыть и состояла из холодных (менее 10 кельвин) облаков нейтрального газа (водорода и гелия) с редкими звездами.

К концу Темных веков, с массовым появлением ярких источников света, начался сначала нагрев, а потом и постепенная ионизация (повторная, реионизация) вещества, длившиеся около 400–500 миллионов лет. Значительная доля коротковолнового излучения, вызывавшего ионизацию, поступала от первых небольших галактик с высоким темпом звездообразования. Сейчас астрономам довольно сложно напрямую изучать эти галактики, так как они расположены от нас на огромном расстоянии (около 13 миллиардов световых лет или, в величинах красного смещения, от z ≈ 5 до z ≈ 10). Изображения таких галактик, полученные даже на лучших телескопах, слабо детализированы.

Близкая карликовая галактика оказалась похожа на галактики молодой Вселенной

GN-z11, предположительно — самая далекая галактика, изображение с телескопа «Хаббл»

NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University), and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

Впрочем, за последнее десятилетие было открыто несколько близких галактик, которые похожи по свойствам на отдаленные и древние галактики во времена их молодости. Они маломассивны (менее 10 миллионов солнечных масс), компактны и сочетают высокий темп звездообразования с очень низкой металличностью. Такие близкие галактики могут служить хорошими модельными объектами для более полного понимания процессов в молодой Вселенной.

Астрономы из США и Украины под руководством Юрия Изотова (Yuri Izotov) из Института теоретической физики имени Боголюбова провели наблюдения близкой (z ≈ 0,08) галактики подобного типа, J2229+2725, выбранной в качестве кандидата из базы данных Слоуновского цифрового обзора неба (SDSS) версии DR16. Основные наблюдения велись на Большом бинокулярном телескопе на горе Грэхем в США в диапазоне от 320 до 1000 нанометров. Использовались спектрографы MODS1 и MODS2. Также были получены спектры на 3,5-метровом телескопе Обсерватории Апачи-Пойнт в США спектрографом DIS.

Как выяснили астрономы, J2229+2725 — галактика с чрезвычайно низкой металличностью. Содержание металлов (в астрономии — элементы тяжелее гелия) оценивалось по силе линий излучения кислорода, азота и других элементов. Мощность излучения по линии трижды ионизированного кислорода (OIII, λ = 500 нанометров) оказалась менее 1/3 от мощности по линии водорода Hβ. А по линии дважды ионизированного азота (NII, λ = 658 нанометров) излучение было слабее чем по линии Hα более чем в 100 раз. Оба этих значения весьма малы.

Ученые обнаружили также рекордно высокое значение параметра O32. который определяется через отношение силы линий излучения трех- и двукратно ионизированного кислорода (OIII, λ = 500 нанометров и OII, λ = 373 нанометра). Для известных похожих галактик параметр O32 составляет от 22 до 39, но у J2229+2725 он оказался равен 53. По мнению авторов, это говорит о том что в этой галактике компактные области звездообразования. В таком случае, с большой вероятностью, J2229+2725 — представитель галактик-излучателей коротковолнового ультрафиолета из области Лаймановского континуума (с длиной волны менее 91 нанометра). Именно такое жесткое излучение в больших количествах могли испускать древние галактики в Эпоху реионизации, вызывая ионизацию огромных масс газа (в десятки раз превосходящих собственную).

Рекордной в спектре J2229+2725, для подобных галактик, оказалась и эквивалентная ширина линии Бальмера Hβ — 57 нанометров, а соотношение масса/светимость было чрезвычайно низким (0,017 в солнечных единицах). Оба параметра указывают на недавний всплеск звездообразования и наличие большого количества горячих и очень молодых (около двух миллионов лет) массивных звезд. А присутствие в спектре значительной доли (2,1 процента от мощности по линии Hβ) излучения двукратно ионизированного гелия (HeII, λ = 469 нанометров) выдаёт наличие жёсткой ионизирующей радиации, и сильно разогретого (около 25000 кельвин) плотного газа.

Все это позволило ученым предположить, что J2229+2725 не просто испытывает недавнюю вспышку звездообразования, но и сама галактика при этом очень молода. Авторы считают, что J2229+2725, с учетом ее крайне низкой металличности и подходящих размеров, возможно, наилучший модельный объект для изучения древних компактных галактик Эпохи реионизации из всех известных.

Близкая карликовая галактика оказалась похожа на галактики молодой Вселенной

Соотношение параметра масса/светимость и общей массы галактик. Горизонтальными линиями показаны отметки возраста для галактик, наклонными линиями — темп звездообразования (в солнечных массах в год). J2229+2725 — молодая галактика с интенсивным звездообразованием

Izotov et. al. / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021

Впрочем, хотя J2229+2725 и подобные ей галактики и могут считаться хорошими аналогами древних галактик, но лишь с известной долей приближения. Прямые наблюдения за участниками тех событий более важны. Ранее мы рассказывали, как астрофизики улучшили понимание Эпохи реионизации, понаблюдав за Реликтовым излучением.

Илья Беликов

Источник: nplus1.ru



Логотип Labuda.blog
Авторизоваться с помощью: 
Яндекс.Метрика