Межгалактическая плазма лишила ультрадиффузные галактики «топлива» для образования звезд
Эволюционный сценарий для маломассивной дисковой галактики (против часовой стрелки) на нерадиальной орбите: (a) маломассивная спиральная галактика с текущим звездообразованием впервые входит в скопление; (b) при движении к центральной части скопления воздействие лобового давления приводит к резкому увеличению интенсивности звездообразования и выдавливанию газа из галактики, которая на данном этапе классифицируется как «галактика-медуза»; (с) галактика полностью лишена газа: одна его часть выметена, а вторая превратилась в звезды в диске и в хвосте, процесс образования новых звезды полностью прекратился; (d) спустя пару миллиардов лет в результате пассивной эволюции галактика превратилась в карликовую эллиптическую или в ультрадиффузную — в зависимости от начальной массы звезд и газа.
© Grishin et al. / Nature Astronomy, 2021
Российские астрономы совместно с зарубежными коллегами выяснили, как образуются ультрадиффузные галактики. Известно, что нагретая до миллионов градусов Цельсия плазма, которой заполнены скопления галактик, способна практически полностью выдавить газ из только что попавших в эту систему объектов. В результате эти новые галактики могут потерять значительную массу и «распухнуть», то есть вырасти в размерах. Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), представлены на страницах журнала Nature Astronomy.
«Ультрадиффузные галактики по размеру и массе — за счет большого количества темной материи — могут быть сравнимы с Млечным путем, однако мы едва ли можем увидеть их даже в самые мощные телескопы. Считается, что на ранних этапах своего развития они теряют значительные количества газа, из которого формируются новые звезды. Пока что остается загадкой конкретный механизм, лежащий в основе формирования ультрадиффузных галактик», — рассказывает первый автор статьи Кирилл Гришин, исполнитель проекта по гранту РНФ, младший научный сотрудник ГАИШ МГУ.
Исследователи из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) совместно с коллегами из США, Франции, ОАЭ и Японии проанализировали спектры 11 молодых маломассивных галактик из скоплений Волосы Вероники и Абель 2147, удаленных на 323 и 486 миллионов световых лет от Земли соответственно. Звезды в этих объектах моложе звезд Млечного пути в десять-пятнадцать раз, а их общая масса составляет лишь сотую долю процента от массы галактики.
Авторы обнаружили у изученных объектов специфические хвосты из разреженного газа и недавно сформировавшихся в них звезд. Эти хвосты принято считать признаками «выветривания». Скопления из сотен и тысяч галактик наполнены не только самими галактиками, но и темной материей, а также межгалактическим газом. Последний представляет собой очень горячую плазму с температурой десятки миллионов градусов Цельсия. Пока нет точного понимания, откуда он взялся, однако значительная часть может происходить из филаментов — крупномасштабных нитей газа и пыли. Движущиеся в скоплении галактики «наталкиваются» на горячий газ, который буквально «выдавливает» их собственный газ — это приводит к остановке в них звездообразования. Вместе с тем до 60% звездной массы исследованных галактик сформировалось 180-970 миллионов лет назад в результате вспышки звездообразования. Предположительно ее спровоцировало воздействие все той же нагретой плазмы, когда она создавала давление на межзвездную среду в галактиках.
«Судя по всему, 9 из 11 изученных нами галактик, являющихся на данный момент дисковыми, станут ультрадиффузными в последующие 10 миллиардов лет. И мы также предполагаем, что описанный механизм справедлив для почти половины известных ультрадиффузных галактик скопления Волосы Вероники», — говорит руководитель одного из проектов по гранту РНФ Игорь Чилингарян, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ.
«Сейчас не для всех типов галактик существует общепринятая теория эволюции и мы не всегда понимаем, как могли сформироваться те или иные объекты. В этой работе мы предложили довольно любопытный способ образования ультрадиффузных галактик: по сути, он предполагает, что можно "уронить" представителя самого распространенного вида — небольшую спиральную галактику — на скопление галактик, и из-за столкновения с межгалактическим газом она "распухнет". Такая концепция может серьезно изменить взгляд всего космологического сообщества на эволюцию, казалось бы, обычных для нас объектов в скоплениях, и довольно просто объяснить образование ультрадиффузных галактик, которые до сих пор считаются "экзотическими"», — подводит итог один из авторов статьи Антон Афанасьев, младший научный сотрудник ГАИШ МГУ.