[показать] Телескоп ALMA (The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) зарегистрировал облака звездообразующего газа на таком большом расстоянии, на каком их раньше никогда не наблюдали в ранней Вселенной. Впервые астрономы видят, как образовывались первые галактики и как они рассеивали космический «туман» в эпоху реионизации.
Когда спустя несколько сотен миллионов лет после Большого Взрыва начали образовываться первые галактики, Вселенная была заполнена сплошным водородным «туманом». По мере того, как загоралось все больше и больше ярких источников света — звезд и квазаров, связанных со сверхмассивными черными дырами, этот туман постепенно рассеивался, и Вселенная становилась прозрачной для ультрафиолетового излучения [1]. Астрономы называют эту стадию развития Вселенной эпохой реионизации. О первых галактиках, появившихся в это время, известно очень мало, до сих пор они наблюдались в виде очень тусклых световых сгустков. Теперь новые исследования, в которых используется вся мощь телескопа ALMA, проясняют картину.
Группа исследователей под руководством Роберто Майолино (Roberto Maiolino, Кавендишская лаборатория и Институт космологии Kavli, Кембриджский университет, Великобритания) направили телескоп ALMA на галактики, которые видны нам такими, какими они были всего спустя примерно 800 миллионов лет после Большого Взрыва [2]. При этом целью астрономов были не звезды и не редкие объекты исключительной яркости, такие, как квазары и галактики с очень высоким темпом звездообразования, которые преимущественно и наблюдались до сих пор. Их интересовало слабое свечение ионизованного углерода [3], возникающее в облаках газа, из которых образуются звезды. Целью работы было изучить взаимодействие между поколением молодых звезд и холодными газовыми сгущениями, из которых возникали первичные галактики, те самые, которые реионизировали Вселенную, а затем постепенно превратились в обычные галактики современной Вселенной.
От одной из таких галактик, BDF2399, телескоп ALMA принял слабый, но отчетливый сигнал углеродного излучения. Идет этот сигнал, однако, не из центра галактики, а из ее периферийной части.
Соавтор работы Андреа Феррара (Andrea Ferrara, Scuola Normale Superiore, Пиза, Италия) так объясняет значение находки: “Никогда еще такой вид излучения не был зарегистрирован в ‘нормальной’ галактике на столь большом расстоянии, соответствующем времени менее миллиарда лет после Большого Взрыва. Таким образом, мы имеем возможность наблюдать образование первичной галактики! Впервые мы видим у такого объекта внутреннюю структуру!”
Астрономы так объясняют эксцентричное расположение обнаруженного источника излучения: облака газа в центре галактики разрушаются под воздействием интенсивного свечения новообразованных звезд и взрывов сверхновых. А вот свежий холодный газ, поступающий из межгалактической среды и проявляет себя углеродным излучением.
Новые наблюдения с ALMA были подкреплены компьютерным моделированием, что позволило в деталях представить основные стадии формирования первых галактик. В параметры модели были включены влияние излучения звезд, время жизни молекулярных облаков, перенос ионизирующего излучения и сложная структура межзвездной среды. По всей видимости, BDF2399 является типичным примером первичной галактики, ответственной за реионизацию.
“Уже много лет мы пытаемся понять, как формировались источники реионизации и какова была структура межзвездной среды в эту эпоху. И вот настал тот волнующий момент, когда мы можем проверить наши предсказания и гипотезы, сравнить их с реальными данными наблюдений на ALMA и поставить новые вопросы. Такие наблюдения должны прояснить многие сложные проблемы, связанные с образованием первых звезд и галактик”, -- говорит Андреа Феррара.
Роберто Майолино заключает: “Без телескопа ALMA такое исследование было бы просто невозможным. Ни один другой инструмент нельзя сравнить с ALMA по чувствительности и пространственному разрешению. Наши наблюдения -- среди рекордных по проницающей способности, среди самых глубоких «погружений» во Вселенную, и все же они далеко не реализуют полный потенциал этого замечательного телескопа. В будущем ALMA получит подробные карты тонкой структуры первичных галактик и мы сможем в деталях проследить процесс их формирования”.
Примечания
[1] Нейтральный водород весьма эффективно поглощает высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение молодых горячих звезд. Поэтому почти невозможно наблюдать эти звезды в ранней Вселенной. В то же время, поглощенное ультрафиолетовое излучение ионизует водород, делая его полностью прозрачным. Горячие звезды как бы «выдувают» вокруг себя в газе прозрачные полости. Когда все такие области сливаются и заполняют все пространство, процесс реионизации заканчивается, и вся Вселенная становится прозрачной.
[2] Их красное смещение находится в интервале от 6.8 до 7.1.
[3] Астрономов особенно интересует ионизованный углерод, потому что именно в его спектральной линии уносится большая часть энергии, излучаемой звездами. Наблюдения в линии углерода позволяют проследить места скоплений холодного газа, из которых и формируются звезды. В частности, в данной работе проводились поиски излучения единожды ионизованного углерода (линия [C II]) на длине волны 158 микрон. Вследствие расширения Вселенной, когда это излучение, идущее из самых дальних ее областей, достигает Земли, его длина волны испытывает «красное смещение» и становится равной примерно 1.3 миллиметра.
Узнать больше
Результаты исследования представлены в статье “The assembly of “normal” galaxies at z∼7 probed by ALMA”, R. Maiolino и др., которая выходит в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 22 июля 2015.
Состав исследовательской группы: R. Maiolino (Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Cambridge, United Kingdom; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, United Kingdom) S. Carniani (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology; Universitá di Firenze, Florence, Italy), A. Fontana (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), L. Vallini (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italy; Universitá di Bologna, Bologna, Italy), L. Pentericci (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), A. Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italy), E. Vanzella (INAF–Bologna Astronomical Observatory, Bologna, Italy), A. Grazian (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), S. Gallerani (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italy), M. Castellano (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), S. Cristiani (INAF–Trieste Astronomical Observatory, Trieste, Italy), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA), P. Santini (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), J. Wagg (Square Kilometre Array Organization, Jodrell Bank Observatory, United Kingdom) и R. Williams (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology).
Ссылки
Перевод пресс-релиза ESO eso1530 http://www.eso.org/public/russia/news/eso1530/?utm...ium=feed&utm_source=feedburner