Астрономы нашли кольцеобразную галактику в ранней Вселенной

Астрономы обнаружили в каталогах наблюдений крупную кольцеобразную галактику с красным смещением z = 2,19 (что соответствует возрасту Вселенной примерно в 3 миллиарда лет), причем она значительно крупнее типичных галактик в этой области. Открытие позволяет исследовать процессы галактической эволюции и детальнее изучить механизмы образования таких структур. Текст работы опубликован в журнале Nature.

К кольцеобразным относят галактики с ярким кольцом из звезд на некотором расстоянии от их центральной области. Формирование объектов такого типа до конца не изучено — существуют ряд гипотез их происхождения, многие из которых не исключают друг друга. Один из наиболее вероятных механизмов появления звездного кольца — это столкновение дисковой галактики с компактной спутниковой. Такое событие порождает волну уплотнения в облаках газа, что, в свою очередь, приводит к коллапсу этих облаков и образованию пояса из молодых звезд.

В ближайшей окрестности Млечного Пути (z < 0,1) доля коллизионных кольцеобразных галактик (у которых сценарий столкновения имеет серьезные подтверждения) составляет порядка 0,01% — то есть в среднем из десяти тысяч объектов только единицы принадлежат этому типу. Вместе с тем наблюдения таких систем дают астрофизикам возможность точнее моделировать процессы столкновения и получать информацию о внутреннем устройстве взаимодействующих галактик. В некоторых исследованиях (1, 2) на основе наблюдательной выборки и теоретических соображений анализируется частота образования коллизионных кольцеобразных галактик в зависимости от космической эпохи — это важно как для определения наилучшей области поиска объектов, так и для описания процесса эволюции Вселенной в целом. Единого мнения у авторов таких работ также нет — для однозначного подтверждения результатов необходимы астрономические наблюдения.

Научная группа под руководством Тяньтянь Юань (Tiantian Yuan) из Технологического университета Суинберна в Мельбурне занялась поиском галактик с кольцеобразными структурами. Для этого ученые обрабатывали каталоги снимков Магелланова телескопа в чилийской обсерватории Лас-Кампанас, которые тот сделал в ходе программы по исследованию галактик на дальних расстояниях (z > 1) от Земли. Среди четырех тысяч найденных объектов одним из наиболее крупных оказалась галактика R5519, которая вместе с этим обладала выраженной кольцеобразной структурой. 

Чтобы уточнить положение галактики, астрономы провели измерения ее спектра в ближнем инфракрасном диапазоне на базе Обсерватории Кека на Гавайях. Вокруг объекта авторы обнаружили небольшую группу галактик — для оценки расстояния между ними ученые воспользовались данными одной из миссий космического телескопа Хаббл (Hubble Space Telescope), которая длилась в течение 18 и 19 циклов работы аппарата. Один из соседей R5519, по оценкам исследователей, мог столкнуться с ней несколько десятков миллионов лет назад и послужить причиной образования кольца.

На основе наблюдений и доступных каталогов астрономы смогли определить некоторые параметры R5519: размер, массу, спектральные особенности и скорость звездообразования. Галактика оказалась необычно крупной — ее размер превышает типичные значения в этой области на уровне 2,4σ. В сравнении с Млечным Путем RD5519 имеет сопоставимую массу, тогда как эффективный радиус галактики примерно в 1,5—2,2 раза выше. В то же время многие наблюдаемые свойства характерны для ближайших к нам коллизионных кольцеобразных галактик — это также служит серьезным доводом в пользу сценария столкновения. 

Кроме того, по итогам работы авторы оценили распространенность коллизионных кольцеобразных галактик в обследованной области Вселенной — там они оказались настолько же редкими, насколько и вблизи Млечного Пути. Этот результат соотносится с компьютерными симуляциями, но противоречит теоретическим прогнозам на основе локальных наблюдений. Последние предсказывают число таких объектов в 140 раз больше (среди них массивных галактик — в 10 раз больше) наблюдаемого количества. Исследователи объясняют это снижением доли крупных дисковых галактик с расстоянием и недостатком галактических групп, в которых возможны столкновения объектов.

Ученым также не удалось исключить альтернативный механизм формирования R5519 — самопроизвольное возникновение кольца. Последнее может существенно повлиять на представления об эволюции галактик — ни в компьютерных симуляциях, ни в наблюдениях обнаружить спонтанное появление крупных галактик со структурой R5519 раньше не удавалось. Выбор в пользу того или иного механизма в дальнейшем поможет совершить космический телескоп имени Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope), который позволит получить инфракрасный спектр объекта в высоком разрешении. Запуск этого аппарата назначен на 30 марта 2021 года.

Ранее мы писали о том, как джет активной галактики изогнул мост между сливающимися скоплениями и как добровольцам предложили поучаствовать в изучении галактической эволюции.

Николай Мартыненко