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.
Процесс звездообразования в этих массивных системах характеризуется высокой скоростью, однако значительная часть излучения поглощается пылью и повторно испускается в миллиметровом диапазоне длин волн. Обнаружение подобных объектов представляет собой сложную задачу, поскольку они недостаточно яркие для прямого выявления в CHAMPS и обладают избыточным «красным» спектром, 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 детальной фотометрией, сделанной телескопом «Уэбб». На основе этого анализа ученые разработали эмпирическое правило, позволяющее выделять галактики, богатые пылью, на основе сочетания инфракрасных цветов, звездной массы и скорости звездообразования.
Ключевым показателем выступил индекс, устанавливающий взаимосвязь между логарифмами массы и скорости звездообразования. Этот параметр оказался особенно полезен при выделении галактик, содержащих пыль. После применения данного метода к каталогу, включающему сотни тысяч галактик, ученые выделили потенциальных кандидатов – слабые пылевые объекты, сформировавшиеся всего через 600-950 миллионов лет после Большого взрыва. Полученные результаты научной работы были представлены в The Astrophysical Journal Letters.
Количество выявленных источников составило всего несколько десятков (73), а те, что были зафиксированы с помощью ALMA, — лишь 18. Несмотря на то, что ни один из них не был заметен в миллиметровом диапазоне, усреднение полученных сигналов позволило астрономам достоверно обнаружить явление, сопоставимое со скрытым звездообразованием, интенсивность которого оценивается примерно в 30 масс Солнца в год.
Анализ полученных данных позволил авторам статьи сделать вывод о существовании в эпоху реионизации значительной популяции галактик с умеренной концентрацией пыли, которые до этого момента не были зафиксированы в наблюдениях. Это связано с тем, что они не обладают достаточной «прозрачностью», характерной для галактик, наблюдаемых телескопом «Уэбб». По предварительным оценкам, их количество сопоставимо с числом самых ранних, массивных и малоактивных галактик.
В результате исследований был предложен новый взгляд на развитие галактик: ультрафиолетовые галактики, возникшие менее чем через полмиллиарда лет после Большого взрыва, постепенно собирают пыль, а затем, израсходовав газ, трансформируются в крупные структуры, прекращающие звездообразование в дальнейшем.
Если оценки, сделанные этой научной группой, соответствуют действительности, значительная часть рождения новых звезд в ранней Вселенной долгое время оставалась незамеченной для астрономов, и лишь совместные усилия двух телескопов позволили увидеть их в полном объеме. Ранее ученые заявляли об идентификации галактик, возраст которых превышает время, прошедшее после Большого взрыва, примерно на 100 миллионов лет, о чем Naked Science ранее сообщало здесь.