Галактики-самородки недовыродились

Астрономы обнаружили необычные объекты, существование которых способно поменять представления ученых о формировании галактик в далеком прошлом. В 2005 году ученые, анализировавшие снимки с космического телескопа Hubble, обратили внимание на необычайно компактные, буквально переполненные красными звездами галактики, существовавшие в ранней вселенной. Эти галактики имели большое красное смещение (Z>1,4), указывающее на то, насколько сильно спектр этих галактик, в силу быстрого удаления от нас, смещается в красную сторону. Красное смещение является мерилом удаленности от нас галактик, формировавшихся в разные периоды эволюции вселенной:

у объектов ближней к нам части вселенной Z=0, у самой далекой известной галактики Z=7,5 - ее свет, доходящий до нас, был излучен всего 700 млн лет спустя после Большого взрыва.

Найденные в 2005 году галактики были названы «красными самородками» не только за их цвет и размер, но и за то, что само их существование поставило под вопрос существующие теории эволюции галактик.

То, что подобные галактики не встречаются в ближней к нам части вселенной, поставило перед астрономами вопрос: почему они исчезли со временем?

Ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) совместно с российским астрономом Игорем Чилингаряном, работающим также в Государственном астрономическом институте МГУ, выяснили, что более молодые «красные самородки» не выродились, а действительно являются недостающим звеном между далекими самородками и существующими рядом с нами массивными эллиптическими галактиками.

Их просто плохо искали.

Чтобы найти аналоги этих галактик на небольших красных смещениях, астрономы обратились к Слоановскому цифровому обзору неба (SDSS) и выделили 600 кандидатов, которые настолько компактны, что на снимках наземных телескопов выглядят как обыкновенные звезды. Обратившись к более ранним снимкам этих областей, сделанным телескопом Hubble, астрономы обнаружили, что эти объекты (всего были найдены 9 таких галактик) действительно являются близкими к нам аналогами красных самородков, найденных ранее в более ранней Вселенной.

Самые крупные самородки в 10 раз массивнее Млечного пути, самые мелкие - в 10 раз более легкие.

Деталями открытия, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal Letters, с «Газетой.Ru» поделился Игорь Чилингарян.

- "Галактики-самородки" - я в первый раз слышу по-русски. В России про них никто никогда не писал, поэтому этого термина нет. Но «самородок» - довольно удачный перевод.

- В чем важность этого типа галактик и почему они ставят под сомнение существующие теории возникновения галактик?

- С момента их открытия в 2005 году на высоких красных смещениях z=2 (т.е. в молодой Вселенной, когда ее возраст был 3 млрд лет), голландцы во главе с Марин Франкс и Питером ван Доккумом громко заявляли, что эти объекты не существуют в современной вселенной, а были только в прошлом, а потом «обросли» звездами и распухли. Однако промоделировать подобный процесс эволюции теоретики толком не могли - тут и возникли идеи о новых механизмах эволюции галактик. Но мы показали, что эти объекты существуют фактически у нас «под носом» (хотя z=0.5 соответствует расстоянию в 5 млрд световых лет, то есть Вселенной там 8.6 млрд.лет, а не 13.6, как сейчас), хотя и встречаются редко. На красном смещении Z=2 их нашли благодаря эффектам селекции - раз они компактные, у них поверхностная яркость выше. Как они сами сформировались - вот тут большой вопрос, потому что, согласно современным теориям формирования галактик, эллиптические галактики формируются путем слияний, а как при этом сформировать компактный объект с такой высокой звездной плотностью - не совсем понятно.

- Если на данных SDSS галактики выглядят «как звезды», то как вы их выбирали?

- В SDSS есть фотометрический каталог, а есть еще и спектральный. Вот в фотометрическом они обозначены как звезды, это означает, что у них размер на небе настолько мал, что на данных SDSS они выглядят точками. Но в то же время имеются спектры этих объектов, и мы там видим спектры «почти нормальных» галактик с красными смещениями 0.2-0.6.

-- Как по спектру оценивается их масса и размеры?

- По спектрам мы определяем параметры звездных населений - то есть возраст и химический состав звезд, составляющих галактику. Из этого можно оценить звездную массу, а по дисперсии скоростей можно оценить массу динамическую, если знать размер. А вот для размера как раз мы и использовали данные из архива Хаббла, поэтому галактик в статье всего 9, хотя из SDSS мы выбрали более 600 кандидатов.

-- Если таких галактик окажется еще больше, о чем это будет говорить?

- Если их окажется реально много (т.е. большинство наших кандидатов подтвердятся), то потребуется придумывать новую теорию, описывающую то, как подобные объекты можно сформировать в значительных количествах. Ведь если объектов один или два, то всегда можно придумать какой-нибудь экзотический сценарий, который объяснит их происхождение и свойства. А вот если их много, то экзотические сценарии уже не пройдут, потому что они маловероятны.

Моя прошлая статья в Science была как раз посвящена компактным эллиптическим галактикам. Вот эти самые red nuggets - как бы увеличенные версии компактных эллиптических галактик, и звездные населения у них очень похожи. Но вот сформировать гигантскую компактную галактику методом приливного обдирания весьма проблематично, потому что, во-первых, нужен очень массивный объект, который будет ее обдирать, а во-вторых, там намного выше эффекты динамического трения (они пропорциональны массе), из-за которых она быстро с ним (этим массивным объектом) сольется.

Материал подготовлен сотрудниками отдела науки «Газеты.Ru» и МГУ в рамках сотрудничества с «Фестивалем науки».