DECam и Gemini South обнаружили три крошечные галактики-«звезды-призраки»

Автор: DECaLS/DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE & KPNO/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA Image Processing: TA Rector (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), M. Zamani (NSF NOIRLab) & D. de Martin (NSF NOIRLab)

Объединив данные DESI Legacy Imaging Surveys и телескопа Gemini South, астрономы исследовали три ультраслабые карликовые галактики, которые находятся в области пространства, изолированной от влияния окружающей среды более крупных объектов. Было обнаружено, что галактики, расположенные в направлении NGC 300, содержат только очень старые звезды, что подтверждает теорию о том, что события в ранней Вселенной прервали звездообразование в самых маленьких галактиках.

Сверхслабые карликовые галактики — самый слабый тип галактик во Вселенной. Обычно содержащие всего несколько сотен или тысяч звезд — по сравнению с сотнями миллиардов, которые составляют Млечный Путь — эти небольшие диффузные структуры обычно незаметно прячутся среди множества более ярких жителей неба. По этой причине астрономам ранее больше всего везло, когда они находили их поблизости, в окрестностях нашей собственной галактики Млечный Путь.

Но это представляет собой проблему для их понимания; гравитационные силы Млечного Пути и горячая корона могут смыть газ карликовых галактик и помешать их естественной эволюции. Кроме того, дальше за пределами Млечного Пути, сверхслабые карликовые галактики становятся все более размытыми и неразрешимыми для астрономов и традиционных компьютерных алгоритмов для обнаружения.

Вот почему астроному из Университета Аризоны Дэвиду Сэнду пришлось провести ручной, невооруженный поиск, чтобы обнаружить три слабые и очень слабые карликовые галактики, расположенные в направлении спиральной галактики NGC 300 и созвездия Скульптора.

«Это было во время пандемии», — вспоминает Сэнд. «Я смотрел телевизор и прокручивал просмотрщик DESI Legacy Survey, сосредоточившись на областях неба, которые, как я знал, ранее не исследовались. Потребовалось несколько часов случайного поиска, и тут бац! Они просто выскочили».

Снимки, обнаруженные Сэндом, были сделаны для DECam Legacy Survey (DECaLS), одного из трех общедоступных обзоров, известных как DESI Legacy Imaging Surveys, в ходе которых были получены совместные изображения 14 000 квадратных градусов неба для предоставления целей для текущего обзора с использованием спектроскопического инструмента темной энергии (DESI).

Исследование DECaLs проводилось с использованием 570-мегапиксельной камеры темной энергии (DECam), изготовленной Министерством энергетики США и установленной на 4-метровом телескопе имени Виктора М. Бланко Национального научного фонда США (NSF) в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо (CTIO) в Чили в рамках программы NSF NOIRLab.

Галактики Скульптора, как они называются в статье, являются одними из первых сверхслабых карликовых галактик, обнаруженных в нетронутой, изолированной среде, свободной от влияния Млечного Пути или других крупных структур. Для дальнейшего изучения галактик Сэнд и его команда использовали телескоп Gemini South, половину Международной обсерватории Gemini. Результаты их исследования представлены в статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters, а также на пресс-конференции на встрече AAS 245 в Нэшнл-Харбор, штат Мэриленд.

Многообъектный спектрограф Gemini South (GMOS) запечатлел все три галактики в мельчайших подробностях. Анализ данных показал, что они, по-видимому, лишены газа и содержат только очень старые звезды, что говорит о том, что их звездообразование было подавлено давным-давно. Это подкрепляет существующие теории о том, что сверхслабые карликовые галактики являются звездными «городами-призраками», где звездообразование было прервано в ранней Вселенной.

Именно этого астрономы и ожидали от таких крошечных объектов. Газ — это важнейший исходный материал, необходимый для объединения и воспламенения слияния новой звезды. Но сверхслабые карликовые галактики просто имеют слишком слабую гравитацию, чтобы удержать этот важнейший ингредиент, и он легко теряется, когда они сталкиваются с динамической вселенной, частью которой они являются.

Но галактики Скульптора далеки от более крупных галактик, а это значит, что их газ не мог быть удален гигантскими соседями. Альтернативным объяснением является событие, называемое Эпохой реионизации — период вскоре после Большого взрыва, когда высокоэнергетические ультрафиолетовые фотоны заполнили космос, потенциально выкипя газ в самых маленьких галактиках.

Другая возможность заключается в том, что некоторые из самых ранних звезд в карликовых галактиках претерпели мощные взрывы сверхновых, выбрасывая газ со скоростью до 35 миллионов километров в час (около 20 миллионов миль в час) и выталкивая газ из своих собственных хозяев изнутри.

Если реионизация ответственна, эти галактики откроют окно в изучение очень ранней Вселенной. «Мы не знаем, насколько силен или однороден этот эффект реионизации», — объясняет Сэнд.

«Возможно, реионизация неоднородна и не происходит везде и сразу. Мы обнаружили три таких галактики, но этого недостаточно. Было бы неплохо, если бы у нас их было сотни. Если бы мы знали, какая часть была затронута реионизацией, это рассказало бы нам что-то о ранней Вселенной, что очень трудно исследовать иным способом».

«Эпоха реионизации потенциально связывает современную структуру всех галактик с самым ранним формированием структуры в космологическом масштабе», — говорит Мартин Стилл, директор программы NSF для Международной обсерватории Gemini. «Обзоры наследия DESI и подробные последующие наблюдения Gemini позволяют ученым проводить судебную археологию, чтобы понять природу Вселенной и то, как она эволюционировала до своего нынешнего состояния».

Чтобы ускорить поиск более тусклых карликовых галактик, Санд и его команда используют галактики Скульптора для обучения системы искусственного интеллекта, называемой нейронной сетью, для определения большего количества галактик. Есть надежда, что этот инструмент сможет автоматизировать и ускорить открытия, предлагая гораздо более обширный набор данных, из которого астрономы смогут сделать более обоснованные выводы.

Больше информации: David J. Sand et al, Three Quenched, Faint Dwarf Galaxies in the Direction of NGC 300: New Probes of Reionization and Internal Feedback, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad927c

Источник: Association of Universities for Research in Astronomy