Удивительное кольцо проливает свет на формирование галактик

Далекая галактика PJ0116-24, гиперяркая инфракрасная галактика (HyLIRG). Холодный газ здесь виден синим цветом; теплый газ показан красным. Автор: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/ESO/D. Liu et al.

Вопрос о том, что вызывает чрезвычайно быстрое звездообразование в сверхсветящихся инфракрасных галактиках (HyLIRG), пока еще неизвестен, представляет большой интерес для нашего понимания формирования и эволюции галактик во Вселенной. Новая фотография, опубликованная Европейской южной обсерваторией, показывает HyLIRG в 10 000 раз ярче нашего Млечного Пути (в инфракрасном свете) — далекую галактику PJ0116-24 — и была выпущена вместе с недавно опубликованной статьей в журнале Nature Astronomy, которая проливает свет на ее формирование.

Предыдущие исследования предположили, что такие чрезвычайно яркие галактики должны возникнуть в результате слияния галактик. Считается, что эти столкновения галактик создают области плотного газа, в которых происходит быстрое звездообразование. Но изолированные галактики также могут стать HyLIRG только за счет внутренних процессов, если звездообразующий газ будет быстро направляться к центру галактики.

ALMA отслеживает холодный газ, показанный на фотографии синим цветом, тогда как VLT с его новым сканером и спектрографом повышенного разрешения (ERIS) отслеживает теплый газ, показанный красным. Благодаря этим подробным наблюдениям международная исследовательская группа обнаружила, что газ в этой крайней галактике вращался организованно, а не хаотично, как ожидалось после галактического столкновения – удивительный результат. Это показывает, по словам исследователей, что слияния не всегда необходимы для того, чтобы галактика стала HyLIRG.

PJ0116-24 находится так далеко, что его свету потребовалось около 10 миллиардов лет, чтобы достичь нас. Галактика на переднем плане действовала как гравитационная линза, изгибая и увеличивая свет PJ0116-24 позади нее в кольцо Эйнштейна, видимое здесь. Такое точное космическое выравнивание позволяет астрономам приближать очень удаленные объекты и видеть их с таким уровнем детализации, которого в противном случае было бы очень трудно достичь.

Вишвас, научный сотрудник Корнеллского центра астрофизики и планетарных наук (CCAPS), помог составить карту излучения и кинематики атомного и молекулярного газа в PJ0116-24 с помощью ALMA, что обеспечило надежную поддержку сценария вращающегося диска. Он также участвовал в получении данных с помощью недавно введенного в эксплуатацию прибора ERIS на VLT. Исследование возглавил Дайчжун Лю из Института внеземной физики Макса Планка и обсерватории Пурпурная гора.

Интерпретация состояния газа и содержания элементов в PJ0116-24 аналогична той, которую Вишва и его соавторы сообщили в прошлом году для другой галактики в более раннюю эпоху во Вселенной, используя данные космического телескопа Джеймса Уэбба.

Однако PJ0116-24 примерно в пять раз массивнее и ярче, чем источник, изученный в прошлогодней статье, сказал Вишвас.

«В обоих случаях гравитационное линзирование помогло нам изучить детали межзвездной среды этих галактик. Я считаю, что эти новые наблюдения помогают нам построить аргумент в пользу того, как галактики развиваются и формируются — эффективно превращая газ в звезды в быстром темпе. Всплески роста разделены длительными периодами относительного затишья», — пояснил он.

Больше информации: Daizhong Liu et al, Detailed study of a rare hyperluminous rotating disk in an Einstein ring 10 billion years ago, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02296-7

Источник: Cornell University