Как умирают эллиптические галактики?

Анализируя данные, полученные космическим телескопом "Хаббл" и наземной обсерваторией VLT, астрономы впервые смогли понять, как и почему прекратились процессы звездообразования в уже "мертвых" галактиках. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Science 17 апреля 2015 года.

Данная диаграмма отражает, как процессы звездообразования затухают в галактике. Синие области - регионы, где звездообразование еще активно. Красные - области, где закончились процессы звездообразования. Иллюстрация: ESO

В ранней Вселенной есть множество эллиптических галактик, в которых весьма буйные процессы звездообразования давно угасли. Такие галактики называют "мертвыми" или "красными", поскольку в них проживает множество красных звезд, которые являются уже древними объектами. А молодых голубых светил в "мертвых" галактиках мало. Да и следов активных процессов звездообразования не наблюдается. Расчет возраста древних звезд в эллиптических галактиках показал, что процессы формирования новых звезд в них прекратились около 10 миллиардов лет назад! Вопрос "почему это произошло?" является одним из ключевых в астрономии.

“В массивных мертвых сфероидальных (так иногда называют эллиптические галактики - прим. ред.) галактиках содержится примерно половина всех звезд, родившихся во Вселенной за все время ее существования. Мы не сможем понять, как Вселенная развивалась и превратилась в такую, какой мы видим ее сейчас, если не поймем, что произошло с этими галактиками", - говорит Сандро Такелла (Sandro Tacchella) из института ETH в Цюрихе (Швейцария), ведущий автор исследования.

На снимке, выполненном телескопом "Хаббл", представлена эллиптическая галактика IC 2006 (не является объектом описываемого исследования). Примерно так выглядят и другие эллиптические галактики, в которых прекратились процессы звездообразования. Фото: ESA/Hubble & NASA Image acknowledgement: Judy Schmidt and J. Blakeslee (Dominion Astrophysical Observatory). Note that the image is not related to science release content. Science acknowledgement: M. Carollo (ETH, Switzerland)

В целом, Сандро и его коллеги провели наблюдения 22 галактик, расположенных на расстоянии более 10 миллиардов световых лет от Земли, когда Вселенной было около 3 миллиардов лет. Так, астрономы установили расположение областей звездообразования, а также получили распределение старых звезд в этих галактиках.

Проанализировав собранные данные, ученые пришли к выводу, что процессы звездообразования в исследуемых галактиках поддерживаются во внешних областях, но в центральных регионах, которые "заполнены" множеством звезд, эти процессы уже прекратились.

“Выявленный центробежный характер остановки звездообразования у массивных галактик – от центра к периферии – должен пролить свет на механизм этого процесса, о котором астрономы спорят уже много лет”, - говорит Альвио Рензини (Alvio Renzini) из Падуанской обсерватории Национального института астрофизики Италии, член группы исследователей.

Согласно ведущий на данный момент теории, звездообразующее вещество в галактиках распределяется по периферии под действием энергетического потока, исходящего от центральной сверхмассивной черной дыры. Таким образом, звездообразование прекращается сначала в центральных регионах, а потом за счет образования новых звезд области звездообразования истощаются и в других регионах. В результате в галактике остаются только имеющиеся звезды, а новые не производятся.

Есть и другая теория, которая предполагает, что галактика перестает получать свежий материал для образования звезд. Как следствие, старые запасы иссякают, и галактика также не производит новых звезд.

“Существует много различных теоретических предположений о физических механизмах, которые приводят к "смерти" массивных сфероидов. Установление того факта, что затухание звездообразования началось в центрах галактик и распространялось к их периферии – это очень важный шаг к пониманию пути, которым Вселенная пришла к своему нынешнему состоянию”, - заключает Наташа Фёрстер Шрайбер (Natascha Förster Schreiber) из Института внеземной физики Макса Планка в Гархинге (Германия), соавтор работы.