Космическое выгорание: гигантские галактики прекратили рождать звезды вскоре после Большого взрыва

Исследователи во главе с Пабло Арайя-Арайя и его руководителем Лаэрте Содре-младшим построили модель и проследили, как развивались галактики при красном смещении от 2 до 4. Этот параметр показывает, как электромагнитные волны удлиняются из-за того, что Вселенная расширяется. Данное смещение соответствует времени, когда возраст Вселенной составлял от 3 до 4 млрд лет.

Модель показала, что галактики сталкивались с другими системами такой же массы, из-за чего большое количество холодного газа скапливалось в центре. Это заставляло систему формировать звезды экстремальными темпами, а сверхмассивная черная дыра в ядре начинала активно поглощать материю. Энергия от черной дыры нагревала газ вокруг нее и не давала ему остывать, чтобы вернуться в галактику. Это лишало систему материала для новых светил, и галактики переставали производить звезды менее чем за миллиард лет. В отличие от них, большинство других галактик растут постепенно, сливаются с соседями на более поздних этапах и расходуют газ медленнее.

Астрономы делят эти объекты на две группы: пылевые галактики, которые формируют звезды (DSFG), и массивные неактивные галактики (MQ). Системы DSFG создают до 500 солнечных масс в год. Для сравнения, Млечный Путь формирует около одной солнечной массы в год и продолжает это делать даже спустя 13,5 млрд лет после того, как возник.

Из-за плотных облаков пыли телескопы не могут разглядеть системы DSFG в оптическом диапазоне, длина волн которого составляет от 380 до 780 нанометров. Однако эти объекты ярко светятся в субмиллиметровом диапазоне от 0,2 до 1 миллиметра и в среднем инфракрасном диапазоне от 4,9 до 28,8 микрометра.

Радиотелескопы ALMA работают в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах и уже обнаружили тысячи систем DSFG. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» наблюдает в инфракрасном диапазоне, и он помог астрономам определить, как эти галактики устроены в пространстве и из каких звезд они состоят. Недавно этот телескоп картировал галактики DSFG и нашел в ранней Вселенной больше систем MQ, чем ученые ожидали увидеть.

Предложенная модель пока не отвечает на все вопросы, так как теория иногда расходится с тем, что астрономы видят на практике. По словам Содре, приборы фиксируют гораздо больше объектов, которые излучают в субмиллиметровом диапазоне, чем предсказывают расчеты. Чтобы ученые могли продвинуться в этой области, им нужно точнее настроить теоретические модели, смоделировать процессы на компьютерах более реалистично и собрать новые данные через телескопы.

Для этого они планируют использовать Гигантский магелланов телескоп (GMT), который сейчас строят в чилийской пустыне Атакама под одним из самых сухих и стабильных небес на планете. Он начнет работать в середине следующего десятилетия, а его главное зеркало диаметром 24,5 метра позволит делать снимки в 3–4 раза детальнее, чем телескоп «Джеймс Уэбб».

Фото James Webb Tracker