Наблюдения телескопов ALMA и «Джеймс Уэбб» перевернули представления о ранних галактиках

Новости МирТесен

Астрономы выявили ранее неизвестный класс «скрытых» галактик, характеризующихся интенсивным звездообразованием, но практически невидимых в видимом свете. Используя радиотелескоп ALMA и космический телескоп «Джеймс Уэбб», ученые впервые получили статистическое подтверждение существования обширной группы тусклых галактик, богатых пылью, в период, когда возраст Вселенной не превышал миллиарда лет.

Ранее полагалось, что большинство галактик в ранней Вселенной характеризуются ярким ультрафиолетовым излучением и незначительным количеством пыли, что и объясняет наблюдения, сделанные телескопом «Уэбб». Галактики, богатые пылью (DSFG), были известны ранее и сформировались на более поздних этапах развития Вселенной — астрономы зафиксировали их примерно 10,5–12,3 миллиарда лет назад.

В этих массивных системах процессы звездообразования протекают с высокой скоростью, однако значительная доля излучения поглощается пылью, которая затем переизлучает его в миллиметровом диапазоне длин волн. Обнаружение подобных объектов представляет собой сложную задачу, поскольку они недостаточно яркие для непосредственного выявления в CHAMPS и характеризуются избыточным красным смещением, что затрудняет их поиск в оптических и инфракрасных обзорах.

Астрономы из Массачусетского университета в Амхерсте (США) выбрали иной подход, взяв для исследования около 400 ярких объектов, идентифицированных ALMA в рамках программы CHAMPS, и сопоставив их с каталогом COSMOS2025. Полученные данные были дополнены подробными фотометрическими измерениями, сделанными телескопом «Уэбб». На основе этого анализа исследователи разработали эмпирическое правило, позволяющее на основании сочетания инфракрасных характеристик, звездной массы и скорости звездообразования, различать галактики, богатые пылью, от других объектов.

Ключевым показателем выступил индекс, устанавливающий взаимосвязь между логарифмами массы и скорости звездообразования, что позволило эффективно выбирать системы, богатые пылью. После этого, применив данный метод к обширному каталогу, содержащему сотни тысяч галактик, ученые выделили потенциальных кандидатов – слабые пылевые объекты, сформировавшиеся всего через 600-950 миллионов лет после Большого взрыва. Результаты исследования были представлены в The Astrophysical Journal Letters.

Количество выявленных источников составило всего несколько десятков (73), а тех, что удалось наблюдать с помощью ALMA, – всего 18. При этом ни один из них не проявился в миллиметровом диапазоне длин волн, однако, после объединения данных, астрономам удалось зафиксировать явный сигнал, указывающий на скрытое звездообразование, эквивалентное примерно 30 солнечным массам в год.

Анализ полученных данных позволил авторам статьи сделать вывод о существовании в эпоху реионизации значительной популяции галактик с умеренной степенью пылепоглощения, которые до этого момента не были зафиксированы в наблюдениях. Это объясняется тем, что они не обладают высокой прозрачностью, характерной для галактик, наблюдаемых телескопом «Уэбб». По оценкам, их концентрация сопоставима с количеством самых ранних, массивных и неактивных галактик.

В результате, исследователи разработали новую модель развития галактик: ультрафиолетовые галактики, возникшие менее чем за полмиллиарда лет после Большого взрыва, постепенно собирают пыль, а затем, израсходовав газ, трансформируются в крупные структуры, прекращающие звездообразование в будущем.

Если оценки, сделанные данной научной группой, соответствуют действительности, значительная часть появления новых звезд в ранней Вселенной долгое время оставалась незамеченной для астрономов, и лишь согласованные усилия двух телескопов позволили их наблюдать в полном объеме. Недавно исследователи заявили об официальном обнаружении галактик, возраст которых на 100 миллионов лет превышает возраст Большого взрыва, о чем ранее Naked Science публиковал подробную информацию здесь.