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 было найдено девять 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.

— Red nuggets — красные самородки — это устоявшееся название?

— 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 девять, 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 отделом науки «Газеты.Ru» и МГУ в  рамках сотрудничества с «Фестивалем науки».