Звездам для формирования требуется скопление плотного и холодного газа. В молодых галактиках его достаточно для поддержания звездообразования в течение длительного времени. Впрочем, во многих галактиках ранней Вселенной этот процесс уже почти прекратился. У астрономов были уверенные предположения о причинах такого явления. Но лишь сейчас им удалось найти прямое подтверждение своим гипотезам.
Процесс торможения звездообразования важен для эволюции галактик, поэтому ученые стремятся его понять. Космологические компьютерные модели показывают, что виной тому активные ядра галактик. Сверхмассивные черные дыры в них теоретически своим действием могут удалить холодный газ из межзвездного пространства.
Когда черная дыра поглощает большое количество вещества, вокруг нее образовывается аккреционный диск. В диске вещество вращается с огромной скоростью.
Из-за трения частиц друг о друга вещество в диске разогревается до высоких температур и начинает излучать. Это сильно нагревает газ рядом с активным центром галактики. Излучение от диска разгоняет межзвездный газ.
Астрономы, изучая галактики в масштабных обзорах, обнаружили признаки движения газа. Главной проблемой стало то, что наблюдался преимущественно ионизированный, то есть нагретый, газ. Расчеты показали, что такое «выдувание» вряд ли способно подавить звездообразование. Связь торможения рождения новых звезд с крайне активными ядрами галактик подтвердилась лишь у некоторых ученых. В молодом периоде Вселенной существует множество галактик с затухшим звездообразованием.
В новой работе, опубликованной в журнале NatureАстрономы обнаружили галактику, где активное ядро выбрасывает достаточное количество холодного и горячего газа, чтобы замедлить формирование звёзд. Это прямое подтверждение гипотез и теоретических расчётов.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» позволил наблюдать за ионизированным, и за холодным межзвездным газом. В рамках обзора Blue Jay телескоп провел наблюдения более чем за 150 галактиками ранней Вселенной с красным смещением от 1,7 до 3,5. Свет от этих галактик шел до нас от 9,86 до 11,9 миллиарда лет. Из них 17 объектов оказались «затухшими», в их числе — галактика COSMOS-11142.
Кроме множества линий излучения теплого ионизированного газа, телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил три линии поглощения: ионизированного кальция (Ca II K и Ca II H) и натрия (Na I D). Поглощение в этих линиях свидетельствует о наличии холодного газа. Анализ показал синее смещение как некоторых линий излучения, так и поглощения, то есть часть газа движется не от нас, а к нам — явный признак «выдувания». Если объединить все данные наблюдений, получится «раздувающийся пузырь», поскольку движение газа есть и «за», и «перед» центром галактики.
С учетом состава элементов и скорости расширения ионизированного газа ученые пришли к выводу о том, что двигателем движения является только активное ядро галактики. Выталкивание холодного газа происходит медленнее, но объемы поражают: в то время как ионизированный газ теряет менее одной солнечной массы за земной год, холодный — 35 солнечных масс за земной год. В итоге общая масса потерь составляется большей частью из холодного газа.
Галактика COSMOS-11142 прошла пик звездообразования за 300 миллионов лет до наблюдаемого нами этапа. К моменту наблюдений скорость формирования звёзд снизилась на два порядка, то есть в сотни раз. Сейчас галактика формирует от одной до десяти солнечных масс ежегодно. Исследователи предполагают, что COSMOS-11142 находится посередине процесса замедления звездообразования.
Главный вывод новой работы заключается в другом: галактика COSMOS-11142 не попала в обзоры в рентгеновском и радиодиапазонах, поскольку системы настроены на поиск самых ярких активных галактических ядер и галактик, образующих звёзды.
Возможно, мощное выдувание холодного газа наблюдается в большинстве массивных галактик молодой Вселенной, но существующим рентгеновским и радиоприборам не хватает чувствительности для его регистрации. «видели»Лишь один процент «искусственного» газа, а с помощью «Джеймса Уэбба» сейчас можно разглядеть и проанализировать гораздо больше.