С момента запуска почти два года назад космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) сделал бесчисленное количество захватывающих изображений Вселенной и позволил по-новому взглянуть на то, как она развивалась. В частности, инструменты телескопа оптимизированы для изучения космологической эпохи, известной как космический рассвет. От 50 миллионов до одного миллиарда лет после Большого взрыва, когда образовались первые звезды, черные дыры и галактики во Вселенной. Однако астрономы также получают возможность лучше взглянуть на последующую эпоху, космический полдень, который длился от 2 до 3 миллиардов лет после Большого взрыва. Именно в это время первые галактики значительно выросли, сформировалось большинство звезд во Вселенной, а сверхмассивные черные дыры (SMBHs) превратились в невероятно яркие квазары. Ученые стремились лучше изучить галактики, датированные этим периодом, чтобы увидеть, как сверхмассивные черные дыры влияют на звездообразование в молодых галактиках. Используя данные ближнего инфракрасного диапазона, полученные Уэббом, международная группа астрономов провела подробные наблюдения за более чем 100 галактиками, появившимися через 2–4 миллиарда лет после Большого взрыва, совпадающего с космическим полуднем. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
Исследование возглавила Ребекка Л. Дэвис, научный сотрудник Центра астрофизики и суперкомпьютеров (CAS) Технологического университета Суинберна и Центра передового опыта ARC в области астрофизики всего неба в трех измерениях (ASTRO 3D). К ней присоединились исследователи из Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики (CfA), Института астрофизики Лейбница (AIP), Института гравитации и космоса (LGC) и Института вычислений и наук о данных (ICDS) в Университете штата Пенсильвания, Институт космологии Кавли и Кавендишская лаборатория Кембриджского университета, Лаборатория астрофизики Колумбийского университета и многие другие. Препринт их статьи рассматривается для публикации в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества. Как они указывают в своей статье, понимание механизма(ов), ответственного за прекращение звездообразования в массивных галактиках, является ключом к пониманию того, как развивались галактики. Когда галактики перестают образовывать звезды, они, по сути, перестают расти и изменяться и становятся статичными и «старыми». Как сообщил д-р Дэвис в интервью Universe Today по электронной почте, гашение — это фундаментальный процесс в жизненном цикле галактик, который астрономы до сих пор не понимают в деталях.
За последнее десятилетие было проведено несколько крупных исследований галактик, которые улучшили наше понимание истечения в космический полдень, когда ожидалось, что обратная связь от SMBHs будет наиболее активной. В результате возник общий консенсус, согласно которому все сводится к активным галактическим ядрам (AGN) – т.е. квазар, в основе которого лежит SMBHs. Согласно этому консенсусу, мощное излучение AGN будет вытеснять холодный газ, одновременно нагревая газовый резервуар в галактическом гало. Это предотвращает охлаждение и повторное накопление указанного газа, который питает звездообразование, для пополнения резервуара. Как объяснил доктор Дэвис: «Точно установлено, что активные ядра галактик — сверхмассивные чёрные дыры, поглощающие большое количество газа — могут вызывать истечения из галактик. Самые мощные AGN вызывают очень массивные истечения, которые, возможно, могут удалить весь газ из их хозяина». галактики за относительно «короткий» промежуток времени (в астрономических терминах!) и вызывают прекращение звездообразования. -образование». Существует множество косвенных доказательств того, что массивные галактики гасятся из-за активности сверхмассивных черных дыр, но прямых доказательств этому до сих пор не было.
«Картина сложна, потому что потоки являются «многофазными» — они содержат газ, охватывающий широкий диапазон температур и плотностей, который излучает свет во всем электромагнитном спектре — от рентгеновских лучей до радиоволн», — добавил Дэвис. «Большинство наших наблюдений нацелены на ионизированный газ, потому что его легче всего увидеть. Однако мы думаем, что на него приходится только около 1% оттоков, поэтому мы соскребаем лишь верхушку айсберга, когда дело доходит до вытекающей массы». В своем исследовании команда опиралась на данные, полученные с помощью бесщелевого спектрографа Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRSpec) по 113 галактикам, выбранным из обзора Blue Jay с полной массой. Это исследование было частью Общих наблюдений цикла 1 JWST (GO 1810), в ходе которых исследовались распространенность и типичные свойства потоков нейтрального газа во время космического куна. Чувствительность и высокое разрешение прибора NIRSpec позволили Дэниэлс и ее коллегам изучить истечения холодного нейтрального газа в этих избранных галактиках способами, которые раньше были невозможны. Как она объяснила: «Мы обнаружили потоки холодного нейтрального газа, вызванные активностью AGN, примерно в четверти наблюдаемых нами массивных галактик. Эти нейтральные потоки по меньшей мере столь же массивны, как и ранее измеренные ионизированные потоки, а в некоторых случаях нейтральные потоки В 10–100 раз тяжелее.
Примечательно, что истечения наблюдаются в галактиках на широком диапазоне эволюционных стадий: в одних галактиках активно образуются звезды, в других почти затухают.В гасящих галактиках истечения удаляют газ до 300 раз быстрее, чем он есть. превращаются в звезды». Эти наблюдения подтверждают теорию о том, что AGN ответственны за «остановку» звездообразования в галактиках, когда они достигают определенного возраста. Это, в свою очередь, может улучшить наше понимание эволюции галактик путем количественной оценки эффектов AGN на ключевой фазе галактического развития. В то время как продолжающиеся наблюдения за космическим рассветом дают представление о галактиках, когда они выходили из колыбели (космические темные века), это исследование предлагает подробную информацию о том, как они выглядели на пути к зрелости. Общий результат, по словам Дэвиса, представляет собой более полное понимание: «Наши результаты показывают, что истечения, вызванные AGN, способны быстро удалять холодный газ из галактик, лишая их топлива для звездообразования. Эти мощные истечения не редки, но, по-видимому, относительно часты среди массивных далеких галактик. газ из-за истечения AGN может быть частой причиной быстрого прекращения звездообразования в массивных, далеких галактиках».
