Некоторое время назад астрономы задались вопросом о том, почему некоторые крошечные и тусклые карликовые галактики на задворках нашего Млечного пути содержат так мало звезд.

Эти призрачные галактики считаются одними из самых маленьких и древних галактик во Вселенной. Они были обнаружены астрономами в последнее десятилетие с помощью автоматизированных компьютерных техник анализа изображений из Слоановского цифрового обзора неба. Однако чтобы разгадать загадку галактик, бедных звездами, ученым понадобился космический телескоп НАСА «Хаббл».

Данные «Хаббла» показывают, что звезды этих трех галактик возникли одновременно. Эти галактики начали формировать свои звезды более 13 миллиардов лет назад, но затем этот процесс резко прекратился. Все это происходило в первый миллиард лет после рождения вселенной в результате Большого взрыва.

Реликтовые галактики – свидетельство переходной фазы в ранней истории вселенной, в ходе которой в крошечных галактиках остановились «фабрики» по созданию звезд. Именно в это время первые звезды сжигали холодный водород в процессе, который называется реионизацией.

«Это древние галактики примерно одного возраста. Похоже, что-то просто резко остановило формирование звезд во всех этих галактиках разом, - считает Том Браун (Tom Brown) из Научного института космического телескопа (Space Telescope Science Institute) в Балтиморе, штат Мэриленд. – Наиболее вероятное объяснение – это реионизация».

Реионизация вселенной началась в первый миллиард лет после Большого взрыва. Тогда излучение первых звезд выбивало электроны из атомов водорода, ионизируя холодный газообразный водород. Этот процесс сделал газообразный водород прозрачным для ультрафиолетового света.

По иронии судьбы, то же самое излучение, которое начало процесс реионизации, по-видимому, прекратило процессы возникновения звезд в карликовых галактиках, подобных тем, которые изучает Браун. Эти галактики возникли примерно за 100 миллионов лет до начала реионизации и только начинали создавать звезды. Их протяженность составляет примерно по 2000 световых лет, и они родственны более ярким и крупным карликовым галактикам, расположенным в окрестностях нашего Млечного пути. Однако в отличие от своих более крупных собратьев, они были недостаточно массивны, чтобы защититься от ультрафиолетового излучения, и его поток просто лишил их тех небольших запасов газа, которые у них имелись. Лишившись газа, эти галактики не могли больше формировать новые звезды.

Это открытие, возможно, поможет объяснить так называемую «проблему отсутствующих спутников». Дело в том, что вокруг Млечного пути наблюдается лишь несколько десятков карликовых галактик, в то время как компьютерное моделирование предполагает, что их счет должен идти на тысячи. Одно из возможных объяснений заключается в том, что в самых меньших из этих карликовых галактик звездообразование не происходило или практически не происходило, и из-за этого их трудно обнаружить.

Слоановский обзор недавно продемонстрировал наличие около Млечного пути более десятка таких бедных звездами галактик по итогам сканирования всего лишь четверти неба. По мнению астрономов, остальная часть неба должна содержать еще десятки таких объектов, называемых сверхтусклыми карликовыми галактиками. Данные, указывающие на пресекшееся звездообразование в некоторых из самых маленьких галактик такого рода, предполагают возможность существования еще тысяч галактик, в которых звезд практически нет – они просто не успели сформироваться.

«Изучив историю звездообразования в данных карликах, “Хаббл” подтвердил сделанные ранее теоретические предположения о том, что процесс формирования звезд в наименьших из галактик мог быть пресечен реионизацией», - полагает Джейсон Тамлинсон (Jason Tumlinson) из Научного института космического телескопа.

«Это ископаемые остатки самых старых галактик во вселенной, - утверждает Браун. – Они не менялись миллиарды лет. Они не похожи на большинство соседних галактик, обладающих долгой историей звездообразования».

Число звезд в этих ископаемых галактиках составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч. Некоторые из них тусклее, чем наше Солнце, а некоторые ярче. Хотя звезд в таких галактиках мало, в них много темной материи – того основания, на котором строятся галактики.

Обычно карликовые галактики из окрестностей Млечного пути содержат в десять раз больше темного вещества, чем обычного, из которого состоят газ и звезды. В сверхтусклых карликовых галактиках темная материя перевешивает обычную, как минимум, в 100 раз. «Малые галактики, которые мы изучаем, состоят в основном из темного вещества, потому что их газообразный водород был ионизирован и их звезды “выключились”», - считает Браун.

Эти состоящие по преимуществу из темной материи островки невидимыми сосуществовали с нашим Млечным путем миллиарды лет, пока астрономы не обнаружили их благодаря Слоановскому обзору.

Когда ученые о них узнали, их бедность звездами потребовала объяснений. Некоторые исследователи сочли причиной этого внутренние процессы - такие как взрыв сверхновой, - лишившие их необходимого для звездообразования газа. Другие предполагали, что «карлики» просто израсходовали свои небольшие запасы газа. И лишь немногие считали, что эти галактики родились в ранний период существования вселенной и звездообразование в них остановила реионизация.

Затем наблюдения с Земли за двумя из этих галактик дало основание считать их звезды в древними. Поэтому Браун решил воспользоваться Усовершенствованной обзорной камерой «Хаббла» чтобы глубже заглянуть в шесть из этих галактик, изучить их звезды и понять, когда они возникли. К настоящему моменту Браун и его коллеги закончили анализировать данные о трех галактиках, известных как Геркулес (Hercules), Лев IV (Leo IV), и Большая медведица (Ursa Major). От Земли они отстоят на 330 000- 490 000 световых лет.

«В прошлом бывало так, что астронимы раньше предполагали, что некие галактики должны быть старыми, а потом кто-то внимательно к ним присматривался и обнаруживал сравнительно молодые звезды, - объясняет Браун. – Кое-кто из нас ожидал и здесь найти такие звезды. Это доказало бы, что эти галактики – не реликты ранних эпох в истории Вселенной. Поэтому мы были удивлены, когда выяснилось, что все звезды в них – старые».

Браун измеряет возраст звезд, анализируя их цвет и яркость. Для сравнения, Браун сопоставил звезды этих галактик со звездами древнего шарового скопления M92, расположенного за 26 000 световых лет. Скоплению M92 больше 13 миллиардов лет – оно считается одним из самых старых объектов во Вселенной. Анализ показал, что звезды этих галактик не моложе звезд M92.

«Звезд в сверхтусклых карликовых галактиках очень мало, - утверждает Браун. – Это одна из причин, по которым никто раньше не исследовал их с помощью “Хаббла”. Однако мы - с учетом способности “Хаббла” точно измерять возраст - сочли их подходящими объектами для наблюдения. Если посмотреть на изображения с “Хаббла”, звезд на них почти не окажется, но все же тех, что есть, вполне хватает, чтобы оценить точный возраст этих галактик».