Ученые обнаружили, что условия, необходимые для звездообразования, не изменились за миллиарды лет
Астрономы завершили крупнейшее и наиболее детальное исследование того, что приводит к образованию звезд в крупнейших галактиках Вселенной. Исследователи использовали рентгеновскую обсерваторию НАСА «Чандра» и другие телескопы. Ученые обнаружили, что условия для рождения звезд в массивных галактиках не изменились за последние десять миллиардов лет.
«Что здесь удивительно, так это то, что существует множество факторов, которые могли повлиять на звездообразование за последние десять миллиардов лет», — сказал автор исследования Майкл Кальзадилья. — «В конце концов, однако, основная движущая сила звездообразования в этих огромных галактиках на самом деле сводится к одному — может ли окружающий их горячий газ достаточно быстро остыть».
Скопления галактик содержат огромное количество горячего газа, видимого в рентгеновских лучах. Масса этого горячего газа в несколько раз превышает общую массу всех звезд в сотнях галактик, которые обычно находятся в скоплениях.
Кальзадилья и его коллеги изучили самый яркий и массивный класс галактик во Вселенной. Исследуемые галактики находятся в центрах 95 скоплений, которые являются самыми массивными скоплениями в крупномасштабном исследовании с использованием телескопа Южного полюса (SPT). Скопления расположены на расстоянии от 3,4 до 9,9 миллиардов световых лет от Земли.
Команда обнаружила, что звездообразование в изучаемых ими галактиках запускается, когда количество неупорядоченного движения в горячем газе падает ниже критического порога. Ниже этого порога горячий газ неизбежно охлаждается, образуя новые звезды.
Это исследование является первым, в котором объединены рентгеновские и оптические наблюдения центров скоплений на таком большом диапазоне расстояний. Это позволяет исследователям связать топливо, необходимое для образования звезд, — горячий газ, обнаруженный с помощью телескопа «Чандра», — с фактическим образованием звезд после остывания газа, наблюдаемым с помощью оптических телескопов.
Команда также использовала радиотелескопы для изучения струй (джетов), выбрасываемых из сверхмассивных черных дыр в этих скоплениях. В процессе, называемом «обратной связью», горячий газ, который охлаждается с образованием звезд, питает черные дыры. Это приводит к образованию струй и другой активности, которая нагревает и заряжает энергией их окружение, временно предотвращая дальнейшее охлаждение. Когда в черной дыре заканчивается топливо, джеты выключаются, и процесс начинается снова.
Неожиданным аспектом этого исследования является то, что предыдущие работы предполагали, что другие факторы, помимо охлаждения горячего газа, могли играть большую роль в звездообразовании в далеком прошлом. Десять миллиардов лет назад столкновения и слияния галактик в скопления были гораздо более распространенными, скорость звездообразования, как правило, была намного выше, а сверхмассивные черные дыры галактик втягивали вещество гораздо быстрее.
«Тип звездообразования, который мы наблюдаем, удивительно постоянен, даже приближаясь к космическому полудню, когда он мог быть подавлен другими процессами», — сказала соавтор Линдси Блим из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе. — «Хотя тогда Вселенная выглядела совсем по-другому, триггера для образования звезд в этих галактиках нет».
Изучая относительно близлежащие скопления, предыдущие исследователи также обнаружили, что пороговый уровень энтропии в горячем газе необходим для возникновения обратной связи от сверхмассивных черных дыр в виде струй.
Это новое исследование, проведенное командой Кальзадильи, показало, что порог энтропии для обратной связи, однако, неприменим к галактикам в более отдаленных скоплениях, что может означать, что скопления около десяти миллиардов лет назад не так хорошо регулировались обратной связью с черными дырами. Это возможно, потому что требуется время для того, чтобы горячий газ начал охлаждаться в центральной галактике, а затем еще больше времени для того, чтобы этот холодный газ добрался до сверхмассивной черной дыры центральной галактики и, наконец, для образования струй, предотвращающих дальнейшее охлаждение газа.
Однако также возможно, что радиосигналы не дают четкого указания на активность струй в эти ранние периоды.
Статья была опубликована в Astrophysical Journal.
