Ученые выяснили, почему в некоторых галактиках не рождаются звезды

Американские астрономы выяснили, почему в некоторых галактиках образование звезд прекратилось почти сразу после Большого взрыва. Для этого они сопоставили два набора данных: снимки Hubble и наблюдения радиообсерватории ALMA. Оказалось, что виновата нехватка межзвездного газа.

В нашей галактике находится от 200 до 400 миллиардов звезд и непрерывно идет образование новых. Астрономы считают, что каждый год межзвездный газ массой в три Солнца становится частью звезды. Но этот процесс происходит далеко не во всех галактиках. Некоторые из них будто бы замерли на очень раннем этапе эволюции, стали пассивными, и выяснение причин этого - одна из наиболее важных задач современной астрофизики.

Группа астрономов под руководством Кейт Уитакер из Массачусетского университета в Амхерсте попыталась ответить на этот вопрос в статье в журнале Nature. Для этого потребовались два инструмента: космический телескоп Hubble и ALMA – комплекс радиотелескопов в чилийской пустыне Атакама, работающий в миллиметровом диапазоне. Эту пару телескопов ученые применили для исследования шести далеких галактик, пять из которых относятся к пассивным. Они находятся на расстоянии около 10 миллиардов световых лет, так что в данный момент астрономы видят лишь их далекое прошлое, когда Вселенная была молодой. Однако уже в тот момент звездообразование в них практически прекратилось.

Звезды образуются из облаков холодного межзвездного газа, состоящего в основном из водорода. Под действием гравитации он сжимается и греется все сильнее, пока температура не станет столь высокой, что начинается термоядерная реакция. "В ранней Вселенной холодного газа было очень много, то есть топлива для новых звезд было полно", – говорит Уитакер.

Но как раз у этих изученных галактик запасы холодного газа были крайне скудны по сравнению с массой имеющихся звезд.

Это удалось выяснить как раз благодаря двум телескопам. Массу горячих светящихся звезд определили по снимках Hubble, а вот для оценки количества газа требуется чуть более сложный метод. Астрономам известно, что в космическом пространстве межзвездного газа примерно в сто раз больше, чем межзвездной пыли. Это соотношение, с рядом поправок, можно считать постоянным, а массу пыли помог измерить ALMA.

Межзвездный газ является источником инфракрасного излучения, но в случае с удаленными галактиками в игру вступает красное смещение – физический феномен, заключающийся в увеличении длины волны электромагнитного излучения от удаляющихся источников. Так, излучение межзвездного газа рассмотренных галактик в наши дни достигает Земли, имея длину волны 1,3 мм – как раз попадая в рабочий диапазон ALMA.

Оказалось, что у замерших галактик отношение массы газа к массе звезд меньше одного процента.

Для сравнения, чтобы поддерживать темп звездообразования как в Млечном пути, это соотношение должно быть около 50 процентов. Такое малое количество газа ранее наблюдалось только в ближайших галактиках, которые, скорее всего, израсходовали его за миллиарды лет. Поскольку ученые наблюдают лишь далекое прошлое удаленных замерших галактик, получается, что либо они израсходовали свое топливо почти сразу после формирования, либо что-то выбросило газ из них.

Астрономы считают, что за нехватку межзвездного газа ответственен какой-то конкретный физический механизм. В нормальных условиях горячий газ из гало (невидимой части галактики, окружающей видимую) должен постепенно остывать и разноситься по галактике. Наблюдая за ближайшей частью Вселенной, ученые выдвинули два возможных объяснения. Либо холодный газ выдувается из галактик мощным звездным ветром, дующим из их центра, либо сверхмассивные черные дыры разогревают газ и не дают ему остывать. Чтобы окончательно убедиться в верности своих гипотез, астрономам потребуются новые, более мощные телескопы, которые уточнят отношение газа к пыли.