Некоторые галактики Вселенной переживают быстрое звездообразование, в сотни или даже тысячи раз превышающее темпы Млечного Пути. Астрономы традиционно связывают эту особенность с процессами слияния галактик, которые были более распространены в ранней Вселенной. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, показывает, что для объяснения этого феномена слияния не требуются.

Речь идет о гиперярких инфракрасных галактиках (HyLIRG) — самых редких и экстремальных типах галактик со вспышками звездообразования. Они излучают большую часть своей энергии в инфракрасном диапазоне и встречаются только в древней Вселенной. Одна из таких галактик, PJ0116-24, в 10 000 раз ярче Млечного Пути в инфракрасном диапазоне. Вместо ожидаемого хаотического слияния исследователи обнаружили организованное вращающееся кольцо газа, которое, по их мнению, отвечает за обильное звездообразование в галактике.

PJ0116-24 находится на расстоянии около 16 миллиардов световых лет от нас, и свет, который мы видим, был испущен около 10,5 миллиардов лет назад. Чтобы рассмотреть галактику на таком расстоянии, астрономы использовали гравитационное линзирование, которое не только увеличило галактику, но и создало так называемое Кольцо Эйнштейна.

Это изображение из исследования показывает, как гравитационное линзирование создало кольцо Эйнштейна. Источник: Liu et al. 2024.

Исследователи использовали Очень Большой Телескоп (VLT) и массив ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) для наблюдения за галактикой. Объединив данные с обоих телескопов, астрономы обнаружили организованное кольцо вращающегося газа, что противоречит теории о слияниях, поскольку в таком случае морфология галактики была бы гораздо более хаотичной.

PJ0116-24 была идентифицирована в ходе проекта Planck All-Sky Survey для анализа гравитационно-линзированных экстремальных вспышек звездообразования (PASSAGES). Эта галактика является самой яркой из обнаруженных в южном небе и имеет скорость звездообразования (SFR) 1490 солнечных масс в год, что близко к максимальному теоретически возможному значению.

«В отличие от почти всех других экстремальных HyLIRG, которые представляют собой крупные слияния, PJ0116-24 не имеет очевидных массивных компаньонов или нарушенной кинематики, которые могли бы служить доказательством крупных слияний», — объясняют авторы в своей статье.

Галактика также показывает гораздо более высокую металличность, чем другие в ранней Вселенной. «Эта диагностика указывает на солнечную и сверхсолнечную металличность. Это намного выше, чем в галактиках без звездообразования при тех же красных смещениях», — пишут авторы.

Амит Вишвас, постдок в Корнеллском центре астрофизики и планетарных наук и соавтор исследования, считает, что эти новые наблюдения помогают астрономам построить более точную картину эволюции галактик. «Я считаю, что эти новые наблюдения помогают нам построить аргумент в пользу того, как галактики развиваются и формируются — эффективно преобразуя газ в звёзды в быстрых скачках роста, разделённых длительными периодами относительного спокойствия», — сказал Вишвас.

«Надёжное подтверждение того, что PJ0116-24 является HyLIRG, полученное в ходе этой работы, является ключевым доказательством того, что вековая эволюция, то есть без недавних крупных слияний, может быть ответственна за максимальное звездообразование во Вселенной», — заключают авторы в своей работе.

Подробнее на iXBT