Астрономы, используя космические телескопы NASA «Хаббл» и «Спитцер», а также космическую обсерваторию ESA «Гершель», создали эволюционную последовательность компактных эллиптических галактик, которые взорвались и сгорели в самом начале истории Вселенной.
Характеризующийся возможностью регистрации электромагнитного излучения в инфракрасном диапазоне, космический телескоп «Хаббл» впервые произвел сбор спектроскопических выборок ультра-компактных, сгоревших эллиптических галактик – галактик, чьи процессы звездообразования завершились, когда Вселенной было всего порядка 3 млрд. лет. (На сегодняшний день возраст Вселенной оценивается учёными в 13,8 млрд. лет.)
Исследование, проводимое при поддержке нескольких наземных телескопов, разрешает 10-летнюю тайну о росте самых массивных эллиптических галактик, которые астрономы видят сегодня. Благодаря этим исследованиям астрономы имеют возможность воссоздать ясную картину формирования наиболее массивных галактик во Вселенной, начиная от их первоначальной вспышки звездообразования и развития плотных звездных ядер, и заканчивая окончательным формированием полноценной эллиптической галактики.
По словам Sune Toft из Dark Cosmology Center at the Niels Bohr Institute, возглавлявшего исследования, его команда показала, как могут образовываться эти компактные галактики, при каких обсмтоятельсвах и когда они возникли. Он отмечает, что эта информация – недостающее звено в понимании того, как наиболее массивные галактики формируются и как они смогли эволюционировать до гигантских эллиптических галактик, которые астрономы могут наблюдать сегодня.
По словам Toft, эти процессы на протяжении многих лет оставались для астрономов загадкой, потому, что спустя три млрд. лет после Большого Взрыва примерно половине самых массивных галактик уже не были присущи процессы звёздообразования.
Посредством исследований астрономы определили, что компактный эллиптические астрономические объекты «жадно» потребляли газ в таких количествах, что в определённый момент они уже не могли создавать новые звезды, после чего объединялись со значительно меньшими галактиками, формируя гигантские эллиптические галактики. Плотность звезд в выгоревших галактиках была в среднем от 10 до 100 раз выше, нежели в массивных эллиптических галактиках, сформировавшихся позднее. По словам Sune Toft, этот факт весьма удивил астрономов.
Для создания эволюционной последовательности ультра-компактных выгоревших галактик, команда Sune Toft собрала репрезентативные образцы двух популяций галактик, используя огромнейший набор данных программы Cosmic Evolution Survey (COSMOS), собранных «Хабблом».
Одна популяция– компактные эллиптические галактики, в во вторую входят субмиллиметровые галактики, которые чрезвычайно затемнены облаками пыли и переживают бурные процессы звёздообразования, которые, по предположениям учёных, в тысячи раз более интенсивные, нежели в Млечном Пути. Вероятнее всего взрывы звезд были инициированы столкновением пыльных, богатых газом, галактик. Эти галактики настолько пыльные, что их почти не видно в оптических длинах волн, однако они ярко сияют в субмиллиметровых длинах волн, где они впервые были идентифицированы почти 2 десятилетия назад. Обнаружены они были при помощи Submillimeter Common-User Bolometer Array (SCUBA), установленной на телескопе James Clerk Maxwell Telescope в Гавайях.
Команда Toft начала построение первой репрезентативной выборки компактных эллиптических галактик с определения точных размеров и спектроскопических красных смещений этих астрономических объектов, используя для этих целей данные CANDELS (Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) и D-HST (3D- Hubble Space Telescope). В последующем астрономы объединили полученную информацию с данными Телескопа Субару на Гавайях и космической обсерватории «Спитцер». Это позволило с высокой точностью определить возраст звезд галактик, из которого следует, что компактные эллиптические галактики сформировалась в результате интенсивных вспышек звёздообразования внутри галактик, которые предшествовали им по меньшей мере на 2 млрд. лет.
Затем команда сделала репрезентативную выборку самых отдалённых субмиллиметровых галактик, используя данные COSMOS, «Хаббла», «Спитцера», «Гершеля» и телескопов наземного базирования, таких как Subaru, James Clerk Maxwell Telescope и Submillimeter Array. Эта многоспектральная информация позволило установить размеры галактик, массы звезд, скорость звездообразования, степень запылённости галактик, которые были характерны ранней Вселенной.
Когда команда Toft сравнила выборки двух популяций галактик, они обнаружили эволюционную связь между компактными эллиптическими галактиками и субмиллиметровыми галактиками. Наблюдения показали, что вспышки звездообразования в компактных эллиптических галактиках характеризовалась теми же свойствами, которые были характерны их «прародителям» — субмиллиметровым галактикам. Команде Toft также удалось установить, что интенсивные процессы звёздообразования внутри субмиллиметровых галактик длились на протяжении порядка 40 млн. лет до того, как их запасы межзвёздного газа были исчерпаны.
Результаты проведенного исследования были опубликованы 29 января в журнале «Astrophysical Journal».
