Ученые проследили за формированием диска из «первичного» газа вокруг карликовой галактики

Астрономы доказали, что в карликовой галактике VGS 12 новые звезды формируются из захваченного окружающего газа с малым содержанием тяжелых элементов. Этот процесс рассматривается как один из основных механизмов эволюции галактик, но наблюдать его на практике чрезвычайно сложно. Полученные данные позволяют понять, откуда галактики, включая наш Млечный Путь, получают ресурсы для образования новых звезд. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.

Во многих галактиках, в том числе в нашем Млечном Пути, постоянно формируются новые звезды. Для этого им необходим приток газа — основного ресурса для звездообразования. При этом астрономы не пришли к единому мнению о том, откуда галактики берут этот газ. Есть гипотезы, что его источником служат столкновения и слияния галактик, а также холодная аккреция — процесс, при котором галактика захватывает «первичный» газ, не содержащий элементов тяжелее водорода и гелия, в виде своеобразных нитей из окружающего пространства. «Первичным» его называют, потому что водород, гелий и небольшая примесь лития сформировались в первые минуты образования Вселенной после Большого Взрыва, в то время как более тяжелые элементы поступали в газ позднее в результате эволюции звезд.

Теоретические модели предсказывают, что именно в результате холодной аккреции формировались первые галактики в молодой Вселенной, однако подтвердить это с помощью реальных наблюдений долгое время не удавалось. Это связано с тем, что «увидеть» такой газ даже с помощью новейших телескопов очень сложно из-за его крайне низкой плотности. Кроме того, важно понять, как газ движется и каков его химический состав.

Исследователи из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) и Специальной астрофизической обсерватории РАН (Карачаево-Черкесия) совместно с зарубежными коллегами нашли подтверждение того, что галактики получают дополнительный газ в ходе холодной аккреции, исследовав карликовую галактику VGS 12.

Она удобна для наблюдений потому, что располагается в космической «пустоте», где мало галактик, а вероятность их слияния мала. Помимо внутреннего диска (где сосредоточены звезды, газ и пыль) VGS 12 имеет так называемый внешний полярный диск из газа, который вращается в плоскости, перпендикулярной к внутреннему диску. Подобные структуры встречаются редко, и авторы предположили, что полярный диск у VGS 12 мог сформироваться именно за счет натекания «первичного» газа из межгалактического пространства.

Чтобы проверить эту гипотезу, авторы проанализировали данные о распределении и движении нейтрального водорода в исследуемой галактике, полученные с помощью американского радиотелескопа VLA. Исследования же ионизованного газа выполнялись на крупнейшем в Евразии шестиметровом оптическом Большом Азимутальном Телескопе (БТА) Специальной астрофизической обсерватории РАН. Важно, что с помощью БТА ученым удалось не только доказать, что ионизованный газ внутри галактики движется согласованно с внешним нейтральным газом, но и получить высококачественные спектры, позволяющие изучить химический состав наблюдаемого газа.

Оказалось, что полярный диск галактики VGS 12 еще окончательно не стабилизировался: его северная и южная части несколько различаются по свойствам — внешнему виду и скорости вращения газа. Это указывает на то, что диск начал формироваться относительно недавно. Кроме того, авторы выяснили, что газ в этом диске необычно беден тяжелыми элементами — так, содержание кислорода оказалось в пять раз ниже, чем у галактик с аналогичной светимостью. Исследователи объясняют это продолжающимся захватом из окружающего пространства газа, обедненного тяжелыми элементами.

На продолжающуюся холодную аккрецию указало также высокое содержание в газе азота по отношению к кислороду. Такой химический «дисбаланс» считается ключевым признаком того, что собственный газ галактики был разбавлен большим количеством «первичного» газа, не содержащего тяжелых элементов.

«Наблюдаемую нами холодную аккрецию предсказывали космологические модели, однако считалось, что она происходила только в ранней Вселенной. Теперь же удалось показать, что следы таких процессов можно найти и среди относительно близких современных галактик, находящихся в специфических условиях. Эта работа является продолжением наших исследований кинематики и химсостава газа галактик, находящихся в космических “пустотах”. По инициативе первого автора статьи Евгении Егоровой на шестом телескопе БТА мы исследовали поведение ионизованного газа в галактиках. Мы планируем продолжить сопоставление наших данных с результатами, полученными на других длинах волн, чтобы лучше понять процессы галактической эволюции», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Алексей Моисеев, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией спектроскопии и фотометрии внегалактических объектов САО РАН.

В исследовании также принимали участие сотрудники Центра астрономии Гейдельбергского университета (Германия), Национального автономного университета Мексики (Мексика), Гронингенского университета (Нидерланды) и Колумбийского университета (США).