Самая удалённая и самая ранняя из когда-либо наблюдавшихся «мёртвых» массивных галактик показывает, что некоторые галактики жили быстро и умерли молодыми вскоре после Большого взрыва
С помощью космического телескопа им. Джеймса Уэбба астрономы обнаружили самую удалённую (и, следовательно, самую раннюю) массивную «мёртвую» галактику на сегодняшний день. Это открытие позволяет предположить, что галактики начали «умирать» во Вселенной гораздо раньше, чем считалось ранее.
Под «смертью» галактики понимается замедление или даже прекращение интенсивного звёздообразования, которое останавливает рост галактики. Такие мёртвые галактики более формально называются «покоящимися» [quiescent] или «угасшими» [quenched]. Ранние мёртвые галактики, увиденные «Уэббом», называют «красными и мёртвыми» [red and dead] из-за отсутствия в них массивных горячих молодых голубых звёзд и обилия старых мелких красных звёзд. Их также окрестили «маленькими красными точками» из-за их появления на снимках «Уэбба».
Свет от новой галактики-рекордсмена, получившей обозначение RUBIES-UDS-QG-z7, шёл к нам 13 миллиардов лет, то есть «Уэбб» увидел её такой, какой она была всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Это делает её первой так называемой массивной покоящейся галактикой (МПГ), увиденной на заре существования Вселенной, возраст которой составляет 13,8 миллиарда лет.
«Мы обнаружили галактику, суммарная масса звёзд которой составляет 15 миллиардов солнечных, и которая перестала образовывать звёзды ещё до того, как Вселенной исполнилось всего 700 миллионов лет, — рассказала член команды Андреа Вайбель из отделения астрономии Женевского университета (UNIGE). — Это делает RUBIES-UDS-QG-z7 самой удалённой массивной покоящейся галактикой, известной на сегодняшний день».
Это открытие может поставить под сомнение наши модели того, как галактики эволюционируют — и в конечном итоге прекращают расти — из-за прекращения рождения звёзд.
«Наблюдение предполагает, что некоторые галактики перестали образовывать звёзды, когда Вселенной было всего 700 миллионов лет, — говорит Вайбель. — Пока что в моделях и симуляциях таких объектов очень мало, более чем в 100 раз меньше, чем показывают наблюдения – в частности, существование RUBIES-UDS-QG-z7. Это означает, что физические процессы и механизмы, регулирующие звёздообразование и его прекращение в галактиках ранней Вселенной, возможно, придётся пересмотреть».
Живи быстро, умри молодым
Галактики, находящиеся в состоянии покоя, часто встречаются непосредственно вокруг Млечного Пути. Это вполне ожидаемо, ведь чем дальше мы смотрим, тем дальше в прошлое мы перемещаемся. Таким образом, у местных массивных галактик было много времени, чтобы начать формировать звёзды, вырасти до огромной массы, а затем исчерпать газ и пыль, необходимые для строительства звёзд, и таким образом затухнуть. Логично ожидать, что более удалённые галактики всё ещё наслаждаются своей звёздной молодостью.
Однако по мере того, как «Уэбб» проникал всё дальше и дальше в прошлое, он обнаруживал всё более ранние МПГ. Некоторые из этих красных и мёртвых галактик были обнаружены уже через 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва. Они были обнаружены в рамках проекта «Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey», или RUBIES, RUBIES-UDS-QG-z7 отодвигает существование МПГ ещё на 500 миллионов лет назад.
«Массивные галактики, наблюдаемые на ранних этапах существования Вселенной, имели лишь очень ограниченное количество времени для формирования своих звёзд. Это означает, что они должны были формироваться быстро и эффективно, что помогает нам ограничить, а в некоторых случаях даже опровергнуть теории и модели формирования и роста галактик», — сказал Вайбель. «Однако RUBIES-UDS-QG-z7 не только массивна, но и уже перестала образовывать звёзды за 50-100 миллионов лет до того, как мы её наблюдаем, в то время как обычные галактики в такие эпохи всё ещё наращивают свою звёздную массу за счёт звёздообразования».
Вайбель пояснил, что масса RUBIES-UDS-QG-z7 и реконструированная история её формирования свидетельствуют об относительно эффективном звездообразовании в галактике. Это не противоречит существующим моделям звёздообразования.
«Галактика очень компактна и может быть примером объекта, в котором большое количество газа и пыли — топлива для звёздообразования — коллапсирует и собирается в небольшой объём, где звёзды могут формироваться быстро и эффективно в течение длительного периода времени или в несколько всплесков, — говорит Вайбель. — Что отличает RUBIES-UDS-QG-z7, так это то, что она перестала образовывать звёзды так рано».
Эта МПГ может отличаться от маленьких красных точек, наблюдаемых «Уэбб» не только своей быстрой смертью.
«На снимках „Уэбба“ RUBIES-UDS-QG-z7 напоминает объекты, названные Маленькими красными точками, которые были открыты с помощью „Уэбба“, — сказала Вайбель. — Оказалось, что многие из этих объектов имеют сильные эмиссионные линии и/или признаки активных галактических ядер (АГЯ). Таким образом, по крайней мере, значительная часть света, который мы наблюдаем от маленьких красных точек, на самом деле может исходить от аккрецирующих сверхмассивных чёрных дыр, а не от звёзд».
Однако Вайбель добавила, что у RUBIES-UDS-QG-z7 нет признаков АГЯ, а значит, её свет исходит исключительно от звёзд, а не от агрессивных условий, существующих вблизи поглощающей материю чёрной дыры.
«Из этого следует, что она довольно массивна и в то же время покоится, что стало большим сюрпризом, — продолжила Вайбель. — До сих пор мы нашли только один такой объект во всех данных „Уэбба“, которые мы изучали».
Исходя из этого, команда рассчитала, что галактик, подобных RUBIES-UDS-QG-z7, должно быть примерно одна на 1 миллион.
«Однако это весьма неопределённо, поскольку мы не знаем, насколько нам повезло найти такую галактику на небольшом участке неба, который мы сканировали до сих пор, — говорит Вайбель. — Мы надеемся, что ещё много лет "Уэбб" будет собирать данные, и мы сможем исследовать более обширные области неба и получить лучшее представление о том, насколько распространены галактики, подобные RUBIES-UGD-QG-z7».
Выполнение спектроскопических снимков этой галактики с более высоким разрешением и глубиной может выявить содержание различных элементов, что поможет лучше определить историю формирования RUBIES-UDS-QG-z7.
«Мы получим больше данных об этой галактике в ходе предстоящего четвёртого цикла наблюдений „Уэбба“. В частности, спектроскопию с более высоким разрешением», — сказала Вайбель.
Для изучения RUBIES-UDS-QG-z7 «Уэбб» может понадобиться помощь крупнейшего на Земле радиотелескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), состоящего из 66 антенн, расположенных в районе пустыни Атакама на севере Чили.
«Данные телескопа ALMA на больших длинах волн света могут дать нам прямое представление о содержании газа и пыли в галактике, что тесно связано с её прошлой и будущей историей звёздообразования», — сказала Вайбель.
