В самых экстремальных уголках Вселенной гибнут галактики. Формирование их звезд прекращается, и астрономы хотят узнать, почему.
Сделать это надеются участники крупного проекта, возглавляемого канадцами. В своей работе они будут использовать один из самых современных телескопов. Новая программа называется VERTICO, и ее цель заключается в том, чтобы детально изучить, как окружающая среда убивает свои галактики.
Будучи научным руководителем этой программы, я возглавляю коллектив из 30 специалистов, которые при помощи Большого атакамского миллиметрового комплекса (ALMA) фиксируют в высоком разрешении молекулярный водород в газообразном состоянии в 51 галактике из ближайшего к нам скопления галактик, которое называется Скопление Девы.
Комплекс в Атакаме стоимостью 1,4 миллиарда долларов был введен в эксплуатацию в 2013 году. Он представляет собой антенную решетку, состоящую из нескольких взаимосвязанных радиотелескопов, установленных на высоте 5 000 метров в пустыне Атакама на севере Чили. Это результат международного партнерства Европы, США, Канады, Японии, Южной Кореи, Тайваня и Чили. Будучи самым масштабным наземным астрономическим проектом из числа действующих в настоящее время, ALMA является самым современным комплексом телескопов с миллиметровой длиной волны. Он идеально подходит для изучения скоплений плотного и холодного газа, из которого образуются новые звезды, потому что в видимой части спектра этот газ рассмотреть невозможно.
Масштабные исследовательские программы ALMA, такие как VERTICO, предназначены для решения стратегических научных проблем, которые ведут к крупным достижениям и прорывам в этой области.
Скопления галактик
То, как галактики живут во Вселенной, как они взаимодействуют со своей межгалактической окружающей средой и друг с другом, оказывает серьезное влияние на их способность формировать звезды. Но по-прежнему остается без ответа вопрос о том, как именно это межгалактическое пространство предопределяет жизнь и смерть галактик.
Скопления галактик — это самые массивные и самые крупные пространства во Вселенной, в которых содержатся сотни и даже тысячи галактик. Там, где есть масса, есть и гравитация. А присутствующие в скоплениях колоссальные гравитационные силы разгоняют галактики до огромной скорости, зачастую составляющей тысячи километров в секунду, а также раскаляют плазму в межгалактическом пространстве до таких высоких температур, что она начинает излучать рентгеновские лучи.
В плотной и негостеприимной среде этих скоплений галактики активно взаимодействуют со своим окружением и друг с другом. Такое взаимодействие может положить конец или затормозить формирование звезд.
Понять, какие механизмы охлаждения прекращают формирование звезд, и как они это делают — это главная задача участников совместной программы VERTICO.
Жизненный цикл галактик
Когда галактики в своих скоплениях разрушаются, межгалактическая плазма может быстро удалить их газ в процессе бурной реакции, названной «приливное обдирание». Когда удаляется топливо для формирования звезд, это по сути дела убивает галактику, и она превращается в мертвый объект, в котором больше не образуются никакие звезды.
Кроме того, высокая температура скоплений может остановить охлаждение раскаленных газов и их сгущение, на основе которого возникают галактики. В данном случае газ в галактике не удаляется активно средой, а потребляется по мере формирования звезд. Данный процесс ведет к медленному, но неумолимому прекращению формирования звезд. Это прекращение носит довольно странное и болезненное название: истощение или удушение.
Данные процессы могут идти по-разному, но каждый из них оставляет уникальный и поддающийся опознанию след в газе, формирующем звезды галактики. Одна из основных задач программы VERTICO состоит в том, чтобы собрать эти следы воедино и сформировать картину того, как скопления вызывают изменения в галактиках. Основываясь на результатах многолетней работы по изучению галактической эволюции и влияния на нее межгалактической среды, мы хотим разгадать новые, очень важные загадки.
Идеальный объект исследования
Скопление Девы — это идеальное место для столь подробного исследования космического пространства. Это ближайшее к нам крупное скопление галактик, и оно находится в процессе формирования. А это значит, что мы можем получить статическое представление о галактиках на разных этапах их жизненных циклов. Это позволит нам создать детальную картину того, как в галактиках прерывается образование звезд.
Наблюдение за галактиками в Скоплении Девы ведется почти на всех длинах волн электромагнитного спектра (например, радиоволны, оптические волны, ультрафиолетовый свет). Но вести наблюдение за звездообразующим газом (оно ведется в миллиметровом диапазоне) с требуемой точностью и разрешающей способностью мы пока не можем. VERTICO, будучи одной из самых масштабных программ по изучению галактик посредством ALMA, позволит создать карты газообразного молекулярного водорода (это топливо для образования звезд) с высоким разрешением для 51 галактики.
Получив на атакамском комплексе данные по этой большой выборке галактик, мы сможем точно понять, какой механизм охлаждения — приливное обдирание или истощение — убивает галактики в экстремальной среде и как.
Нанеся на карту звездообразующий газ в галактиках, которые являются неопровержимым примером охлаждения средой, участники VERTICO расширят наши представления о том, как формируются и развиваются галактики в этих самых насыщенных регионах Вселенной.
