Крошечная галактика возрождается, проливая свет на звездообразование и космическую эволюцию

На этом снимке, полученном с космического телескопа Джеймса Уэбба (НАСА), показана часть карликовой галактики Leo P (звезды в правом нижнем углу обозначены синим цветом). Leo P — это звездообразующая галактика, расположенная на расстоянии около 5 миллионов световых лет в созвездии Льва. Группа ученых собрала данные примерно с 15 000 звезд в Leo P, чтобы вывести историю ее звездообразования. Автор: Kristen McQuinn/NASA's James Webb Space Telescope

В исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal, группа исследователей под руководством Кристен МакКуинн, ученого из Научного института космического телескопа и доцента кафедры физики и астрономии Школы искусств и наук Ратгерского университета в Нью-Брансуике, сообщила о том, что обнаружила, что Leo P, небольшая галактика и далекий сосед Млечного Пути, «возобновила свое существование», активизировавшись в течение значительного периода на временной шкале Вселенной, и производя звезды, в то время как многие другие небольшие галактики этого не сделали.

Астрономы утверждают, что, изучая галактики на ранних этапах их формирования и в различных условиях, они смогут глубже понять происхождение Вселенной и фундаментальные процессы, которые ее формируют.

МакКуинн и другие члены исследовательской группы изучали Leo P с помощью космического телескопа НАСА «Джеймс Уэбб» — космического аппарата, оснащенного большим сегментированным зеркалом и обширным солнцезащитным экраном, что позволяет ему делать подробные снимки далеких небесных объектов.

Leo P, карликовая галактика, расположенная примерно в 5,3 миллионах световых лет от Земли, была открыта МакКуинном и другими учеными в 2013 году. Небесная структура находится достаточно далеко от Местной группы, скопления галактик, охватывающих Млечный Путь, чтобы быть ее соседом, не подвергаясь воздействию гравитационных полей более крупных звездных систем.

Галактика, расположенная в созвездии Льва, примерно такого же размера, как звездное скопление в Млечном Пути, и примерно того же возраста, что и Млечный Путь. «P» в Leo P означает «нетронутый», потому что в галактике очень мало химических элементов, кроме водорода и гелия.

«Leo P представляет собой уникальную лабораторию для детального изучения ранней эволюции маломассивной галактики», — сказал Маккуинн, который также является руководителем миссии Научного оперативного центра космического телескопа Нэнси Грейс Роман в Научном институте космического телескопа в Балтиморе.

Команда начала с глубокого изучения прошлого. Поскольку звезды, обнаруженные командой с помощью телескопа, имеют возраст около 13 миллиардов лет, они могут служить «ископаемыми записями» звездообразования, которое происходило в более ранние времена.

«По сути, вместо того, чтобы изучать звезды in situ [в их первоначальных положениях], по мере их формирования в ранней Вселенной, мы изучаем звезды, которые сохранились на протяжении космической истории, и используем их современные свойства, чтобы сделать выводы о том, что происходило в более ранние времена», — сказал Маккуинн.

Команда обнаружила, что Leo P сформировал звезды на ранней стадии, но затем прекратил их создание на несколько миллиардов лет. Эта остановка произошла в период, известный как Эпоха реионизации. Галактике потребовалось несколько миллиардов лет после этой эпохи, чтобы возродиться и начать формировать новые звезды.

«У нас есть подобные измерения только для трех других галактик — все они изолированы от Млечного Пути — и все они демонстрируют схожую картину», — сказал Маккуинн.

Эпоха, которую астрономы считают значимым периодом в истории Вселенной, произошла примерно через 150 миллионов и один миллиард лет после Большого взрыва. Именно в этот период образовались первые звезды и галактики.

Контраст между производством звезд карликовых галактик дает убедительные доказательства того, что не только масса галактики во время реионизации определяет, будет ли она погашена, сказал МакКуинн. Ее окружение — то есть изолирована ли она или функционирует как спутник более крупной системы — является важным фактором.

Маккуинн сказал, что наблюдения помогут определить не только время формирования звезд в малых галактиках, но и то, как реионизация Вселенной могла повлиять на формирование малых структур.

«Если тенденция сохранится, это даст представление о росте структур с малой массой, что является не только фундаментальным ограничением для формирования структур, но и эталоном для космологического моделирования», — сказала она.

Исследователи также обнаружили, что Leo P бедна металлами, обладая 3% металличности Солнца. Это означает, что звезды карликовой галактики содержат в 30 раз меньше тяжелых элементов, чем Солнце, что делает Leo P похожим на первичные галактики ранней Вселенной.

Маккуинн отметил, что знания, полученные в результате этих наблюдений, помогут астрономам восстановить хронологию космических событий, понять, как на протяжении миллиардов лет развивались небольшие структуры, и узнать больше о процессах, которые привели к образованию звезд.

В исследовании также приняли участие доцент Ратгерского университета Элисон Брукс, научный сотрудник постдокторанта Роджер Коэн и докторант Макс Ньюман, все с кафедры физики и астрономии.

Больше информации: Kristen BW McQuinn et al, The Ancient Star Formation History of the Extremely Low-mass Galaxy Leo P: An Emerging Trend of a Post-reionization Pause in Star Formation, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad8158

Источник: Rutgers University