Следы первых звезд в древней пыли

С помощью телескопа ALMA астрономы зарегистрировали гигантские массы светящейся межзвездной пыли в галактике с красным смещением, соответствующим всего четырем процентам нынешнего возраста Вселенной. Мы наблюдаем эту галактику вскоре после ее образования – это самая далекая галактика из всех, в которых найдена пыль. К тому же это самое большое расстояние, на котором зарегистрирован кислород. Новые результаты дают совершенно новое понимание процессов рождения и финального взрыва звезд самого первого поколения, сообщается в пресс-релизе Европейской южной обсерватории (ESO).

Галактика A2744_YD4Галактика A2744_YD4
© ESO/M. Kornmesser

Международная группа астрономов под руководством Николаса Лапорта (Nicolas Laporte) из Университетского колледжа в Лондоне наблюдала на телескопе ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) самую молодую и самую далекую из всех до сих пор наблюдавшихся на ALMA галактик: A2744_YD4. Ученые с удивлением обнаружили, что эта юная галактика содержит большое количество межзвездной пыли, оставшейся после окончания эволюционного пути более раннего поколения звезд.

Последующие наблюдения с приемником X-shooter на Очень Большом Телескопе ESO подтвердили огромное расстояние до A2744_YD4. Мы наблюдаем эту галактику в момент, когда возраст Вселенной был всего 600 миллионов лет, в эпоху формирования первых звезд и галактик. Это время соответствует красному смещению z=8.38, то есть эпохе реионизации. Водород во Вселенной в это время ионизировался излучением возникающих звезд и квазаров.

«A2744_YD4 не только является самой далекой галактикой из всех наблюдавшихся на ALMA, – говорит Николас Лапорт,  – но обнаружение в ней такого количества пыли свидетельствует о том, что вспышки ранних сверхновых там уже произошли».

Космическая пыль состоит в основном из кремния, углерода и алюминия; размер ее зерен всего около миллионной доли сантиметра. Химические элементы, из которых состоят эти зерна, являются продуктами термоядерного синтеза, происходящего внутри звезд. Когда звезды умирают, пыль рассеивается в космическом пространстве. В частности, это происходит при взрывах сверхновых – конечной стадии существования короткоживущих массивных звезд. В настоящее время пыли в галактиках очень много и она является основным «строительным материалом» при формировании звезд, планет и сложных молекул. Но в ранней Вселенной, когда первое поколение звезд еще не успело умереть, пыль встречалась редко.

Наблюдения запыленной галактики A2744_YD4 оказались возможны потому, что она расположена на луче зрения позади массивного скопления галактик Abell 2744. Это скопление – массивный объект на расстоянии 3,5 миллиарда световых лет от нас. Считается, что он образовался в результате столкновения четырех скоплений галактик меньшего размера. Его прозвали Скоплением Пандоры из-за большого количества странных явлений, связанных с крупномасштабными столкновительными процессами, которые происходили на протяжении примерно 350 миллионов лет. Галактики составляют всего пять процентов массы скопления, а темное вещество – семьдесят пять процентов. Оно и обеспечивает мощное гравитационное воздействие, необходимое, чтобы изгибать световые лучи от галактик фона и создавать их увеличенное изображение. Остальные двадцать процентов общей массы скопления, как полагают, существуют в форме горячего газа.

Скопление Abell 2744Скопление Abell 2744
© NASA, ESA, J. Merten, D. Coe (STScI)

Благодаря воздействию скопления Abell 2744 произошло гравитационноелинзирование: скопление сыграло роль гигантского космического “телескопа”, увеличившего изображение более далекой A2744_YD4 примерно в 1,8 раз. Это и позволило ученым заглянуть столь глубоко в раннюю Вселенную.

При наблюдениях A2744_YD4 на ALMA было также зарегистрировано излучение ионизованного кислорода. На таком расстоянии, и, следовательно, при таком возрасте Вселенной, кислород еще никогда не находили. Предыдущий результат, тоже полученный на ALMA в 2016 году, превзойден.

Обнаружение пыли в ранней Вселенной дает новую информацию о том, когда происходили первые вспышки сверхновых, а значит, и когда во Вселенной зажглись первые звезды. Определение времени этого “космического рассвета” – одна из важнейших задач современной астрономии. Исследование ранней межзвездной пыли может косвенно помочь в ее решении.

По оценке исследователей, в A2744_YD4 содержится количество пыли, эквивалентное 6 миллионам масс Солнца. При этом полная масса звезд этой галактики составляет 2 миллиарда Солнц. Группа также измерила темп звездообразования в A2744_YD4: 20 солнечных масс в год. В Млечном Пути в год образуется всего одна звезда с массой Солнца. Такой темп означает, что общая масса звезд, образующихся за каждый год, эквивалентна 20 массам Солнца.

«Такой темп звездообразования не является необычным для столь далекой галактики. Но он проливает свет на темп образования пыли в A2744_YD4, – объясняет соавтор работы Ричард Эллис (Richard Ellis, ESO и Университетский колледж в Лондоне). – Замечательно, что время, необходимое для формирования наличного количества пыли – всего околo 200 миллионов лет, так что получается, что мы наблюдаем эту галактику через совсем небольшое время после ее образования».

Таким образом, интенсивное звездообразование началось приблизительно за 200 миллионов лет до эпохи, в которой мы наблюдаем эту галактику. Появляется великолепный шанс использовать ALMA для изучения эры появления первых звезд и галактик – самой ранней эры наблюдаемой Вселенной. Солнце, наша планета и мы сами являемся отдаленным на 13 миллиардов лет продуктом этого первого поколения звезд. Изучая образование, развитие и смерть первых звезд, мы тем самым исследуем наше собственное происхождение.

«Использовать телескоп ALMA для более глубоких и обширных наблюдений подобных галактик на столь раннем этапе существования Вселенной – очень многообещающая перспектива», – говорит Эллис. А Лапорт заключает: «Дальнейшие подобные измерения открывают блестящие перспективы исследования раннего звездообразования и формирования более тяжелых химических элементов все дальше во времени вглубь ранней Вселенной».

Результаты исследования представлены в статье “Dust in the Reionization Era: ALMA Observations of a z =8.38 Gravitationally-Lensed Galaxy”, N.Laporte и др., которая публикуется в The Astrophysical Journal Letters.

Источник: polit.ru

Метки , . Закладка постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *