Астрономія
Астрономія

Галактики повторно захопили речовину та відстрочили собі смерть

Нове дослідження даних телескопів ALMA та CARMA вказало, що галактики, які наближаються до смерті, можуть відстрочувати її, починаючи акреціювати раніше витіснені гази. Так, помираючи, тиском галактики викидають газ, що зупиняє процес зореутворення, однак, не вся речовина встигає відлетіти, а тому потрапляє назад, підживлюючи галактику. Цей ефект необхідно буде врахувати для обчислювання віку галактик, повідомляють вчені. Стаття доступна на сервісі препринтів arXiv та готується до публікації у The Astrophysical Journal.

Галактика NGC4921 на знімках ALMA (червоний і помаранчеві кольори) та «Габбла». ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / S. Dagnello (NRAO), NASA / ESA /  Hubble / K. Cook (LLNL), L. Shatz

Галактика NGC4921 на знімках ALMA (червоний і помаранчеві кольори) та «Габбла». ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / S. Dagnello (NRAO), NASA / ESA / Hubble / K. Cook (LLNL), L. Shatz

Як помирають галактики?

Втрата газу під напором (ram-pressure stripping, RPS) — це часто спостережуване астрономами явище у масивних спіральних галактиках, які проходять крізь перегріту плазму з іонізованого водню та гелію (внутрішньокластерне середовище, intra-cluster medium). Вражаючі «хвости» газу у кілопарсекових масштабах активно віддаляються від скупчень галактик під впливом їхнього внутрішнього тиску. Це ключовий процес, за допомогою якого газ витікає зі скупчень, що призводить до гасіння зореутворення, а отже і смерті галактики. «Живими» можна вважати лише ті, що здатні підтримувати зореутворення. Втім, водночас подібні хвости молекулярного газу помічали і у тих частинах галактик, де тиск, що витісняє речовину, недостатній, щоби відкидати її. І дослідження за допомогою того ж Великого міліметрового радіотелескопа Атаками (ALMA) показували, що у цих галактиках, де вже почалися руйнівні процеси, все ще ініціювалося зореутворення, причому навіть сильніші за типові швидкості у галактиках. Тому дослідження цих газових хвостів так важливе, адже вони можуть розповісти не лише про особливості поведінки зореутворюючої речовини під тиском, а і який вплив це має на подальшу еволюцію позбавлених газу галактик та скільки лишається речовини після її витоку.

Як газ може потрапити назад?

Під тиском так званого поршня відбувається витіснення газу з галактик, в результаті чого вони залишаються без матеріалу, необхідного для утворення нових зірок. Тікати газу допомагає ще і потік внутрішньокластерної речовини, яка підштовхує газ. Щоб втекти з галактики, речовині потрібно досягти значної швидкості, інакше вона просто впаде назад на батьківську галактику. Тож якщо газ або не може досягти швидкості втечі, або він рухається у тінь диска, або тиск зменшується, то йому не вистачить прискорення, щоб сильно відлетіти і він почне остигати і конденсуватися неподалік. Це не заважатиме йому повторно акреціюватися, але якщо не враховувати цей ефект, можна значно переоцінити час смерті галактики — моделювання показують, що не менш як 50 відсотків такого газу може повернутися до своєї галактики. Однак, важливо враховувати вплив як кута дискового вітру, так і тиску на швидкість повторної акреції, що призводить до значних коливань у кількості газу, що може повернутися. І тому моделюванням не вистачає отриманих у наслідок прямих спостережень свідоцтв, які можна було б порівняти із прогнозами симуляцій.

Очищені від пилу знімки галактики NGC 4921 (перша — оригінал). Cramer, W. J. et al. 

Очищені від пилу знімки галактики NGC 4921 (перша — оригінал). Cramer, W. J. et al.

Як він може відстрочувати смерть галактик?

Повторна акреція вже викинутого газу призводить до затримки часу гасіння, оскільки це сприяє підживленню процесів зореутворення та значно відтягує момент повного згасання галактики. Це надзвичайно важливо для нашого розуміння еволюції галактик — скільки вони мають шансів відстрочувати смерть? Виявлення випадків повернення втраченого газу за допомогою спостережень — важливий перший крок у цьому процесі. У своїй роботі вчені обрали велике скупчення галактик — Скупчення Волосся Вероніки — найближчий до нас подібний масивний об'єкт, що містить більше тисячі ідентифікованих галактик. У ньому вже не вперше знаходили галактики, у яких можна помітити процеси втрати газу під тиском. Зокрема у галактиці NGC 4921, з якої видно яскраві довгі хвости газу, що її покидає — усічений диск іонізованого водню з чіткою формою «голова-хвіст», характерною для галактик, які відчувають тиск. Це відбувається на північно-західній стороні галактики, яку можна спостерігати з ALMA. ALMA ж і побачила тонкі довгі кілопарсекові смуги речовини, що тягнуться до галактики місцями, де газу вже немає.

Що побачили телескопи?

За допомогою системи з 23 радіотелескопів CARMA та ALMA, що дивилися за північно-західною стороною NGC 4921 з 2016 по 2017 роки, вчені побачили три хмари із синім зсувом та швидкостями в діапазоні 25-50 кілометрів на секунду. Навіть без обробки зображень очевидно, що у цих трьох хмарах на північ від основного газового кільця майже немає видимого пилу, що перекривав би випромінювання оксиду вуглецю — другого за поширеністю з'єднання у міжзоряному середовищі. Відсутність видимого поглинання пилу передбачає, що хмари або знаходяться позаду галактичного диска, або повертаються до галактики зі швидкістю 20-60 кілометрів на секунду. Найбільший з трьох хвостів має довжину у 2,1 кілопарсека та ширину у половину, а у його «голові» спостерігається комплекс блакитних зір. Одним зі сценаріїв можливості існування такого хвоста є утворення щільної області газу, яка і чинить опір тиску галактики та не дає йому повністю відлетіти. Так спостереження CARMA показують, що молекулярний газ, необхідний зореутворенню, зосереджується у частині галактики, де має бути найсильніший тиск, але радіально нижче від візуально видимих ​​скупчень молодих зірок, що дає змогу припустити, що газ, який сформував ці зірки, міг з'явитися внаслідок впливу цих трьох хвостів. За словами дослідників, це перше пряме свідчення того, що навіть у галактиках, що вмирають, може продовжуватися зореутворення внаслідок повернення собі газу.

Зображення галактики з телескопа «Габбл», на який наклали отримані ALMA дані. Позначки c1, c2, c3 і c4 вказують на потоки оксиду вуглецю, а f1, f2 и f3 — хвости газу, що поверталися у галактику. Cramer, W. J. et al. / NASA / ESA / Kem Cook (LLNL)

Зображення галактики з телескопа «Габбл», на який наклали отримані ALMA дані. Позначки c1, c2, c3 і c4 вказують на потоки оксиду вуглецю, а f1, f2 и f3 — хвости газу, що поверталися у галактику. Cramer, W. J. et al. / NASA / ESA / Kem Cook (LLNL)