Впервые астрономы использовали метод «галактической археологии» для исследования истории развития галактики, расположенной за пределами Млечного Пути. Работа, выполненная командой ученых под руководством специалистов из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института, положила начало новому направлению в астрономии — «внегалактической археологии». Этот подход позволяет восстанавливать эволюцию удаленных звездных систем, основываясь на подробном химическом анализе.
В статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, исследователи представили новую методику, позволяющую определять химический состав межзвездного газа в галактиках. В качестве объекта изучения была выбрана ближайшая спиральная галактика NGC 1365, которую с Земли можно наблюдать под большим углом, что предоставило астрономам возможность получить изображение с исключительной детализацией, достаточной для анализа отдельных регионов активного звездообразования.
Метод базируется на изучении молодых, горячих звезд, испускающих ультрафиолетовое излучение и активирующих прилегающий газ. Каждый элемент, в частности кислород, реагирует на это излучение, генерируя интенсивные, четко выраженные линии света. Астрономы уже давно установили, что ядра галактик, как правило, содержат больше тяжелых элементов, включая кислород, по сравнению с их периферическими областями. Важным фактором является то, что распределение кислорода в галактике определяется совокупностью различных процессов: временем и местом рождения звезд, их взрывами в качестве сверхновых, перемещением газа внутрь или выбросом за пределы галактики, а также влиянием прошлых столкновений с другими галактиками.
Сравнивая изменения в распределении кислорода в NGC 1365 и сопоставляя эти данные с результатами современных симуляций, выполненных в рамках проекта Illustris – инициативы, моделирующей движение газа, звездообразование и химическую эволюцию галактик, начиная с эпохи после Большого взрыва и до настоящего времени – исследователи смогли реконструировать процесс роста и слияний галактики на протяжении 12 миллиардов лет космического времени. Изучив симуляции примерно 20 000 галактик, ученые идентифицировали ту, параметры которой наиболее точно соответствовали наблюдаемым признакам NGC 1365, что позволило им определить вероятную последовательность ее слияний и эволюции.
Реконструкция, полученная в результате исследований, указывает на то, что центральная область галактики NGC 1365 образовалась на начальном этапе её развития и содержит значительный запас кислорода. На протяжении 12 миллиардов лет газ на окраинах галактики аккумулировался благодаря взаимодействию с небольшими карликовыми галактиками. Внешние спиральные рукава, вероятно, содержат газ, сформировавшийся относительно недавно – в течение последних нескольких миллиардов лет, и также пополнились газом и звёздами в результате слияний с карликовыми галактиками.
Лиза Кьюли, ведущий автор работы, профессор Гарварда и директор Центра астрофизики, отметила, что исследование показывает, как можно применять методы химической археологии для проведения столь подробного анализа за пределами нашей галактики. Исследователи акцентируют внимание на том, что в работе в равной мере объединены теоретические модели и эмпирические данные, поскольку ни одна из них не смогла бы привести к подобным заключениям самостоятельно.
Благодаря схожести NGC 1365 с Млечным Путем, это открытие предоставляет астрономам шанс оценить, насколько типична или уникальна наша галактика, и определить, существуют ли различные сценарии формирования спиральных галактик, приводящие к их современному облику. Применяя внегалактическую археологию как перспективный метод, исследователи показали, что химический состав газа в далекой галактике способен предоставить информацию о ее эволюции.