Астрофізики вивчають первинні гази, щоб дослідити, як народжуються галактики

Вивчати Всесвіт нелегко, і не лише через величезні відстані. Якщо ви хочете вивчити галактичні ясла, де утворюються зірки та галактики, вам часто доводиться дивитися на ті області Всесвіту, де немає видимого світла через згадану вище відсутність зірок. Астрофізики компенсують це за допомогою спектроскопії, яка дає їм змогу «бачити» не лише довжини хвиль світла, які не видно неозброєним оком, але й виявляти енергію в діапазоні від радіохвиль до гамма-хвиль. Таким чином вони можуть аналізувати зміст дуже віддалених космічних явищ.

У недавньому дослідженні Nature астрофізик штату Північна Кароліна Ронгмон Бордолой був частиною групи, яка виявила «первісні гази», розташовані далеко від галактик. Виявляючи та вивчаючи склад цих газів, команда сподівається глибше розгадати таємницю того, як народжуються галактики та з чого вони складаються на найпростішому рівні.

Анотація: у своїй статті ви бачили «первісні гази», що виходять із новоутворених галактик. Що це були за первісні гази? Скільки їх було і як ви їх ідентифікували?

Бордолой: Ми виявили два згустки первісного газу за сотні тисяч світлових років від сусідніх галактик. Ці «згустки» є хмарами нейтрального атомарного газу, які мають досить компактні розміри відносно галактики; вони приблизно в 10 разів менші за звичайну галактику.

Ми ідентифікували їх за допомогою масиву радіотелескопів ALMA (Atacama Large Millimeter Array), великого масиву радіотелескопів, розташованого в пустелі Атакама в Чилі. Ми виявили заборонений перехід одного іонізованого атома вуглецю, який створює специфічний спектральний підпис. Цей підпис означає, що сигнал надходить від газової хмари надзвичайно високої щільності.

Цей спектральний підпис у поєднанні з відсутністю «видимих» зірок, коли ми спостерігали ту саму область за допомогою космічного телескопа Хаббл, означав, що в цій області була присутня первісна газова хмара/галактика.

TA: Як утворюються ці гази?

Бордолой: Це гарне запитання. Як утворюються ці хмари, досі залишається загадкою. Ці хмари виявляються, як я вже пояснював вище, шляхом виявлення забороненого випромінювання вуглецю в інфрачервоному світлі. Але вони не випромінюють жодного оптичного або ультрафіолетового світла (яке ми можемо виявити), що свідчить про те, що в цих хмарах немає зірок.

Одна з гіпотез полягає в тому, що ці щільні хмари утворюються, коли газ охолоджується з міжгалактичного середовища (великої космічної мережі, де перебуває більшість баріонів у ранньому Всесвіті). Або, навпаки, вони могли сформуватися з щільних газових хмар, збуджених сильним випромінюванням, що надходить від галактик.

ТА: Чи відіграють ці первісні газові хмари роль у формуванні нових галактик? Якщо так, то яким чином?

Бордолой: Так, вони відіграють певну роль у формуванні галактик. Гравітаційне тяжіння означає, що ці хмари згодом потраплять на галактики та утворюють зірки, тим самим збільшуючи масу галактик. Дійсно, це один із основних каналів (газ, що падає на галактики), через який галактики ростуть із відносно невеликих галактик у ранньому Всесвіті до масивної галактики, як Чумацький Шлях сьогодні.

TA: Що це відкриття говорить нам про ранній Всесвіт?

Бордолой: Ці первісні газові хмари існують поблизу кількох інших галактик, і простір між ними заповнений гарячою (100 000 градусів Кельвіна) плазмою, яку ми також виявили. Це відкриття свідчить про те, що в ранньому Всесвіті відбувається значне хімічне змішування газу. Наприклад, наднові зірки, що спалахують у ранніх галактиках, можуть викинути багато іонізованої плазми з цих галактик, яка потім зрештою впаде назад у галактики та утворить наступне покоління зірок. Отже, ранній Всесвіт — це справді динамічне середовище — щось на кшталт космічної машини для переробки збагаченого газу, і ця «машина» врешті-решт створює складні атоми та молекули, яких сьогодні багато в нашій сонячній системі.

TA: Що, на вашу думку, було найкрутішим у цьому відкритті?

Бордолой: Відкриття цих первозданних щільних газових хмар було абсолютно неочікуваним і змусило нас серйозно задуматися про те, як такі первісні газові хмари взагалі можуть існувати. Зауважте, що цей проект можливий лише тому, що ми могли поєднати спостереження з космосу (зображення космічного телескопа Хаббл), наземну спектроскопію та наземні спостереження субміліметрових глибин (з ALMA).

Можливість здійснювати такий багатохвильовий пошук є одним з унікальних аспектів цього проекту, який дав справді несподівані та захоплюючі наукові результати. Для мене ця синергія об’єднання всіх ресурсів і діапазонів довжин хвиль для виконання узгодженого наукового експерименту справді є дивовижним аспектом цієї роботи. Джерело