Астроном обнаружил три галактики-призрака во время карантина
Объединив данные, полученные с помощью проекта DESI Legacy Imaging Surveys и телескопа Gemini South, астрономы исследовали три карликовые галактики, которые находятся в области, изолированной от влияния более крупных объектов. Было обнаружено, что галактики, расположенные в созвездии Скульптора, содержат только очень старые звезды. Это подтверждает теорию о том, что в ранней Вселенной звездообразование в самых маленьких галактиках неожиданно прервалось.
Карликовые галактики со сверхслабым излучением — это самый тусклый тип галактик во Вселенной. Обычно они содержат от нескольких сотен до тысячи звезд — по сравнению с сотнями миллиардов, составляющих Млечный Путь. Эти небольшие рассеянные структуры обычно прячутся среди множества более ярких обитателей неба. По этой причине астрономы обычно находили их поблизости, в окрестностях нашего родного Млечного Пути.
Увы, близость к Млечному Пути создает проблему для их исследования из-за гравитационных сил нашей очень немаленькой галактики, которые способны вытеснять газ из галактик-малышей и фатально вмешиваться в их естественную эволюцию. Кроме того, все дальше за пределами Млечного Пути ультраслабые карликовые галактики становятся все более рассеянными и неразрешимыми для обнаружения традиционными компьютерными алгоритмами.
Вот почему астроному из Университета Аризоны Дэвиду Сэнду потребовалось провести ручной поиск «на глазок», в ходе которого он обнаружил сразу три ультраслабые карликовые галактики, расположенные в направлении спиральной галактики NGC 300 и созвездия Скульптора.
«Это было во время пандемии», — вспоминает Сэнд. «Я просматривал через телевизор трансляцию DESI Legacy Survey viewer, сосредоточившись на участках неба, которые, как я знал, раньше всерьез не изучались. Это заняло несколько часов обычного поиска, а затем — бум! Они просто выскочили наружу, как чертики из табакерки!».
Снимки, обнаруженные Сэндом, были сделаны для исследования DECam Legacy Survey (DECaLS), одного из трех общедоступных исследований под общим брендом DESI Legacy Imaging Surveys, в ходе которого было получено изображение неба площадью 14 000 квадратных градусов. Изначально целью наблюдений было обеспечение материалом спектроскопического детектора темной энергии (DESI).
Исследование DECaLs проводилось с использованием 570-мегапиксельной камеры Dark Energy (DECam) производства Министерства энергетики, установленной на 4-метровом телескопе Национального научного фонда США в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили.
Галактики в созвездии Скульптора 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, являющийся частью Международной обсерватории Джемини. Результаты их исследования представлены в статье, опубликованной в Astrophysical Journal Letters, а также на пресс-конференции в рамках симпозиума в Нэшнл-Харбор, штат Мэриленд.
Мультиобъектный спектрограф Gemini South (GMOS) запечатлел все три галактики в мельчайших деталях. Анализ данных показал, что они, по-видимому, лишены газа и содержат только очень старые звезды, что позволяет предположить, что звездообразование в них прекратилось давным-давно. Это подтверждает существующие теории о том, что сверхслабые карликовые галактики являются звездными «городами-призраками», где в ранней Вселенной прекратилось звездообразование.
Это именно то, чего астрономы ожидали бы от таких крошечных объектов. Газ является важнейшим сырьем, необходимым для образования новой звезды. Но у сверхслабых карликовых галактик просто слишком низкая гравитация, чтобы удерживать этот важнейший компонент, и он легко теряется, когда они сталкиваются с динамичной Вселенной, частью которой они являются.
Но описанные галактики далеки от каких-либо более крупных галактик, а это означает, что их газ вряд ли был «вытянут» соседями-гигантами. Альтернативным объяснением является событие, называемое «эпохой реионизации» — период вскоре после Большого взрыва, когда высокоэнергетические ультрафиолетовые фотоны заполнили космос, «вскипятив» газ в самых маленьких галактиках.
Другой возможный сценарий заключается в том, что некоторые из самых ранних звезд в карликовых галактиках взорвались и превратились в сверхновых, испуская излучение со скоростью до 35 миллионов километров в час и выталкивая газ из своих собственных тел и окружающего пространства.
Если причиной является реионизация, то эти галактики могли бы открыть окно в изучение самой ранней Вселенной. «Мы не знаем, насколько силен или равномерен этот эффект реионизации», — признал Санд.
«Возможно, реионизация носила неоднородный характер и происходила не везде одновременно. Мы обнаружили три такие галактики, но этого недостаточно. Было бы неплохо, если бы у нас для наблюдения были сотни таких галактик. Если бы мы знали, на какую долю повлияла реионизация, это рассказало бы нам кое-что о ранней Вселенной, что очень трудно исследовать инструментальным способом».
«Эпоха реионизации потенциально связывает текущую структуру всех галактик с самым ранним формированием Вселенной в космологическом масштабе», — говорит Мартин Стилл, программный директор NSF в Международной обсерватории Джемини. — «Исследования данных DESI и подробные последующие наблюдения Gemini позволяют ученым проводить «эксгумацию» по всей видимости давно несуществующих галактик. Такая «судебная археология» поможет понять природу Вселенной и то, как она эволюционировала до своего нынешнего состояния».
Чтобы ускорить поиск большего количества сверхслабых карликовых галактик, Сэнд и его команда используют пример галактик из созвездия Скульптора для обучения специальной системы искусственного интеллекта. Есть надежда, что нейросеть сможет автоматизировать и ускорить открытия, анализируя гораздо более обширный набор данных, чем это может делать человек, даже имеющий много свободного времени в период ковидного карантина.
