Для рождения звёзд необходимы скопления плотного и холодного газа. В молодых галактиках их достаточно, чтобы поддерживать звездообразование в течение длительного периода. Однако во многих галактиках ранней Вселенной этот процесс уже практически прекратился. У астрономов существовали обоснованные представления о причинах этого явления. И только сейчас они получили непосредственное подтверждение своим гипотезам.
Замедление процесса звездообразования играет ключевую роль в развитии галактик, поэтому ученые стремятся понять его механизмы. Согласно результатам космологических компьютерных моделей, причиной этого являются активные ядра галактик. Считается, что сверхмассивные черные дыры, поглощающие материю, способны своей деятельностью удалять холодный газ из межзвездного пространства, окружающего их.
Когда черная дыра поглощает значительное количество вещества, вокруг нее формируется аккреционный диск, где материя вращается с колоссальной скоростью. Под воздействием трения, возникающего между частицами, вещество в диске нагревается до экстремально высоких температур и начинает излучать энергию, значительно повышая температуру газа в окрестностях активного галактического ядра. Это излучение приводит к рассеиванию межзвездного газа.
Обширные исследования галактик позволили астрономам выявить признаки газового движения в них. Однако наблюдения в основном касались ионизированного, то есть нагретого, газа. Согласно расчетам, подобная эмиссия вряд ли может существенно повлиять на процессы звездообразования. Только в случае с галактиками, обладающими чрезвычайно активными ядрами, ученые обнаружили корреляцию с замедлением рождения новых звезд. В то же время, в ранней Вселенной существует большое количество галактик, в которых звездообразование практически прекратилось.
В новой работе, опубликованной в журнале Nature, по мнению астрономов, в наблюдаемой галактике активное ядро производит выброс газа, сочетающего в себе как холодные, так и горячие компоненты, что приводит к замедлению процесса звездообразования. Это открытие стало первым прямым подтверждением выдвинутых ранее гипотез и выполненных теоретических расчетов.
Благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб» стали доступны наблюдения как ионизированного, так и холодного межзвездного газа. В ходе программы Blue Jay телескоп изучил более 150 галактик ранней Вселенной, характеризующихся красным смещением от 1,7 до 3,5. Это означает, что свет от этих галактик доходил до нас за период от 9,86 до 11,9 миллиарда лет. Семнадцать из этих объектов были признаны «затухшими», среди них — галактика COSMOS-11142.
Наряду с большим количеством линий, исходящих от теплого ионизированного газа, телескоп «Джеймс Уэбб» зарегистрировал три линии поглощения: ионизированного кальция (Ca II K и Ca II H) и натрия (Na I D). Наличие поглощения на этих линиях свидетельствует о присутствии холодного газа. Проведенный анализ показал синее смещение как некоторых линий излучения, так и линий поглощения, что указывает на то, что часть газа движется не от нас, а к нам – это явный признак выброса вещества. Объединив все полученные данные наблюдений, можно представить себе «раздувающийся пузырь», поскольку движение газа происходит как «за», так и «перед» центром галактики.
На основании анализа соотношения элементов и скорости расширения ионизированного газа, исследователи пришли к заключению, что причиной этого движения является только активное галактическое ядро. Выброс холодного газа происходит медленнее, но его объемы весьма значительны. Галактика теряет менее одной солнечной массы ионизированного газа ежегодно, в то время как потери холодного газа достигают 35 солнечных масс в год. Таким образом, ионизированный газ составляет лишь незначительную долю в общем объеме потерь.
Судя по имеющимся данным, интенсивное звездообразование в галактике COSMOS-11142 прекратилось примерно за 300 миллионов лет до момента ее нынешнего наблюдения. На текущий момент скорость звездообразования в ней снизилась в сотни раз, то есть на два порядка. В настоящее время галактика формирует от одной до 10 солнечных масс в год. Исследователи полагают, что COSMOS-11142 находится на этапе замедления процесса звездообразования».
Основной итог нового исследования заключается в следующем: галактика COSMOS-11142 не была зафиксирована при наблюдениях в рентгеновском и радиодиапазонах. Это связано с тем, что инструменты настроены на поиск наиболее интенсивных активных галактических ядер и галактик, характеризующихся активным звездообразованием.
По всей видимости, интенсивное истечение холодного газа может наблюдаться в большинстве массивных галактик ранней Вселенной, однако существующие рентгеновские и радиотелескопы недостаточно чувствительны для его обнаружения. К счастью, по мнению Ребекки Девис, одного из авторов исследования, ранее астрономы «видели» лишь один процент «выдуваемого» газа, а с помощью «Джеймса Уэбба» теперь можно разглядеть и проанализировать гораздо больше.