Найдены «предки» ранних компактных эллиптических галактик

Найдены «предки» ранних компактных эллиптических галактик

Хотя Вселенная образовалась 13,8 млрд лет назад, уже через три миллиарда лет в ней были компактные галактики эллиптической формы с огромным количеством звёзд и большой видимой массой.

«Всё это было загадкой на протяжении многих лет, потому что всего через три миллиарда лет после Большого взрыва мы могли видеть половину самых массивных галактик уже закончившими звездообразование», — говорит Суне Тофт (Sune Toft) из Института Нильса Бора (Дания), ведущий автор новой работы.

Слева — Млечный Путь, справа — компактная массивная «мёртвая» галактика, плотность звёзд в которой в десятки раз выше. Светил в той и другой примерно одинаково, но вот размеры у них разные, да и возраст отличается на десяток миллиардов лет. (Иллюстрация NASA, ESA, S. Toft, A. Feild.)

Поясним: традиционный взгляд на эволюцию галактик предполагает, что после возникновения они должны были расти постепенно, как наш Млечный Путь, периодически сталкиваясь и набирая габариты и массу. Компактные эллиптические галактики, ставшие массивными уже в эпоху, когда Млечный Путь и прочие его спиральные коллеги только формировались, явно выбивались из этого ряда, и никто не знал, почему. Что ещё более странно, звёзды там были намного ближе друг к другу, чем в эллиптических галактиках сегодняшней Вселенной, то есть расположены в 10–100 раз плотнее. Такие цифры характерны для шаровых скоплений, а не галактик.

Проведя наблюдения самых ранних из известных галактик, в течение 1–2 млрд лет «предшествовавших» древним компактным эллиптическим «тяжеловесам», г-н Тофт сравнил затем между собой характеристики этих двух групп.

Ранние галактики были богаты пылью и газом и очень быстро образовывали звёзды: по расчётам, вспышка звездообразования в них, исходя из наблюдаемых запасов газа, не могла продолжаться более 40 млн лет.

Между тем черты более поздних эллиптических галактик оказались удивительно схожи с этими ранними быстро развивающимися объектами — за вычетом того, что звездообразование в них уже не шло, но масса и размеры были много больше.

Что особенно важно, быстро развивающиеся галактики первых двух миллиардов лет после Большого взрыва имели толстую «оболочку» из пыли, которая позволяет наблюдать их в ИК-диапазоне и препятствует утеканию газа, разогреваемого звездообразованием. В результате плотность газа там резко растёт, и звёзды создаются очень быстро в очень небольших областях, в то время как в других галактиках, вроде нашей, газ «выталкивается» звездообразованием на периферию и в гало, где не может участвовать в рождении светил.

Однако затем, всего через несколько десятков миллионов лет, галактики с пылевым одеялом уже не способны к производству новых звёзд, так как газ в них истощился. И они не могут притянуть ранее выброшенные газовые облака из галактического гало — просто потому что в своё время ничего туда не выбрасывали.

Эволюция эллиптических галактик от ранней Вселенной до наших дней.

По мнению авторов работы, столь разный ход галактической эволюции привёл к наблюдаемому сегодня, 10 млрд лет спустя, разнообразию галактик во Вселенной, где спиральные, всё ещё генерирующие новые звёзды структуры соседствуют с уже миллиарды лет «мёртвыми» эллиптическими галактиками, основным типом населения которых являются древние долгоживущие красные карлики.

Отчёт об исследовании опубликован в Astrophysical Journal, а его препринт доступен на сайте arXiv.

Подготовлено по материалам Института Нильса Бора.