Новые данные, полученные космической обсерваторий ESA «Гершель», предоставили учёным великолепное понимание внутренней динамики двух молодых галактик. Удивительно, но они показали, что спустя всего несколько миллиардов лет после Большого Взрыва, некоторые галактики вращались аналогично тому, как это делают «зрелые» галактики, что позволяет предположить о завершении на тот момент процессов аккумуляции газа в них.
По мере того, как галактики формируются, они накапливают массу, «привлекая», посредством гравитации, обширные внешние газовые облака. После того, как газовые облака «входят» в галактику, происходит их распределение, причем совершенно случайным, можно даже сказать, хаотичным образом. Эти неупорядоченные траектории вызывают турбулентность в родительских галактиках, что в свою очередь провидит к активизации процессов звёздообразования.
Для исследования внутренних условий формирования галактик James Rhoads и Sangeeta Malhotra из Университета штата Аризона (Arizona State University), заручившись поддержкой своих коллег, сфокусировали свое внимание на двух относительно молодых галактиках, известных как S0901 и Clone. Свету от обеих галактик необходимо по меньшей мере 10 млрд. лет для того, чтобы достичь Земли. Следовательно, астрономы могут видеть их, когда они были сравнительно молоды.
По словам James Rhoads, цель этого исследования заключается в изучении физического состояния газа в молодых галактиках. Он признается, что ему и его коллегам очень хочется узнать: одинаковы ли галактики, окружающие Млечный Путь, либо есть некоторые различия в их физических условиях?
Две галактики, выбранные для изучения, являются «средними» по возрасту, если их рассматривать в разрезе космической истории. Это означает, что их размеры составляют примерно 10-20% от размеров нашего Млечного Пути, который также считается «средней галактикой» в современной Вселенной.
Изучение галактик, расположенных довольно далеко от Земли, затрудняется тем, что они кажутся слишком тусклыми, в этом случае исследователям довольно часто помогает космические «увеличительные стёкла», известные, как гравитационные линзы. Рассматриваемые галактики находятся позади галактических групп, гравитация которых деформирует космическое пространство. Как описано Общей теорией относительности Альберта Эйнштейна, эта деформация масштаба действует как линза. Тем не менее, именно искажение образов молодых галактик и помогает увеличивать их яркость, благодаря чему их, собственно, и можно изучать посредством прибора HIFI, установленного на «Herschel».
Учёные использовали HIFI для исследования инфракрасного света ионизированного углерода, который испускается в длине волны, равной 158 микрометрам (частота 1900 ГГц). Эта спектральная линия производится в облаках, окружающих области звездообразования. Данные HIFI показали, что линия была расширена в двойной пик, что и позволило движение газа интерпретировать в модель.
Команде исследователей удалось установить общее вращение галактики, а затем и турбулентность в газовых облаках. К их огромному удивлению, галактика S0901 характеризовалась аномально «примерным» поведением. Вместо турбулентности, исследователи идентифицировали упорядоченное вращение, которое больше присуще уже «созревшим» галактикам.
По словам Rhoads, обычно, когда астрономы исследуют галактики ранней Вселенной, они обнаруживают, что турбулентность играет гораздо большую роль, нежели ей отведена в современных галактиках. S0901 — это явное исключение из этого правила, отмечает Rhoads.
Вторая галактика в исследованиях — Clone — также характеризовалась упорядоченным вращением. Однако, ввиду того, что она менее яркая, чем S0901, данных о ней было собрано не слишком много.
По словам Malhotra, галактики 10 млрд лет тому назад создавали звезды более активно, нежели сейчас. Они характеризовалась большей турбулентностью, вероятно, потому, что аккумулировали газ более быстрыми темпами, нежели современные галактики, отмечает учёный. Исследователи столкнулись с примером ранних галактик, сочетающих в себе «спокойное» вращение и активность процессов звездообразования. Malhotra полагает, что эти галактики завершили аккумуляцию газа, по крайней мере сейчас. Учёные допускают, что для активного протекания процессов звездообразования турбулентность вовсе не нужна.
Malhotra полностью признает, что полученные в ходе исследования результаты носят предварительный характер. Она отмечает, что не намерена останавливаться на достигнутом, и надеется, что анализ многокомпонентной выборки позволит удостовериться в озвученных ею и её коллегами выводах.
Для дальнейших исследований в этом направлении «Herschel» уже не помощник, так как запасы жидкого гелия, необходимого для работы прибора HIFI и других научных инструментов космической обсерватории закончились ещё год назад — в апреле 2013 года. Исследователи не отчаиваются и возлагают большие надежды на Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) в Чили.
Координатор проекта «Гершель» из Европейского космического агентства подытоживает, что благодаря HIFI, учёные имели возможность изучать газовую кинематику в галактиках, когда Вселенной было всего несколько миллиардов лет.
Результаты исследования будут представлены в статье, которую планируется опубликовать в журнале «Astrophysical Journal» 20 мая 2014 года.
