Раскрыта загадка «вечно молодой» галактики: учёные обнаружили источник звёздного топлива в скоплении Феникса

Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) и других исследовательских центров сделали важное открытие, объясняющее необычайно высокую скорость звездообразования в центре галактического скопления Феникса. Используя телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), исследователи обнаружили ключевой компонент, проливающий свет на загадку активного звездообразования в этом древнем космическом объекте.

Скопление Феникса, находящееся на расстоянии 5,8 миллиардов световых лет от Земли, является крупнейшим из известных галактических скоплений. Учитывая его размер и предполагаемый возраст, скопление давно должно было завершить процесс формирования новых звёзд, характерный для молодых галактик. Однако астрономы ранее заметили, что ядро скопления Феникса необычайно яркое, а центральная галактика производит звёзды с чрезвычайно высокой скоростью.

Команда MIT, используя возможности телескопа JWST по измерению инфракрасного излучения, впервые смогла составить карту областей в ядре скопления, где присутствуют карманы «тёплого» газа. До этого астрономы наблюдали признаки только очень горячего и очень холодного газа, но ничего промежуточного. Обнаружение тёплого газа подтверждает, что скопление Феникса активно охлаждается и способно самостоятельно генерировать огромное количество звёздного топлива.

Ядро скопления Феникса по всему электромагнитному спектру. Яркие фиолетовые цвета представляют рентгеновские лучи, производимые горячим газом, а пунктирные фиолетовые контуры показывают области, где этот горячий газ был вытолкнут радиоджетами из сверхмассивной чёрной дыры. Сами радиоджеты показаны красным. Синие и жёлтые цвета представляют видимый свет, излучаемый холодным газом и звёздами. Зелёные контуры показывают «тёплый» газ, который находится в процессе охлаждения, что было недавно измерено в исследовании MIT с JWST. Изображение: NASA

Ведущий автор исследования, аспирант-физик Майкл Риф из Института астрофизики и космических исследований Кавли при MIT, отметил: «Впервые у нас есть полная картина перехода от горячей к тёплой и холодной фазе в процессе звездообразования, что прежде не наблюдалось ни в одной галактике. Мы видим ореол этого промежуточного газа повсюду».

Соавтор исследования, доцент физики MIT Майкл Макдональд, добавил: «Теперь вопрос в том, почему именно эта система? Этот огромный звёздный взрыв может быть этапом, через который проходит каждое скопление в какой-то момент, но мы видим это происходящим в настоящее время только в одном скоплении. Другая возможность заключается в том, что в этой системе есть что-то особенное, и Феникс пошёл по пути, по которому другие системы не идут».

Для своего исследования учёные использовали спектрометр среднего разрешения на среднем инфракрасном инструменте (MIRI) телескопа «Джеймс Уэбб». В июле 2023 года команда направила инструмент на ядро Феникса и собирала инфракрасные изображения в течение 12 часов. Они искали конкретную длину волны, которая излучается, когда газ претерпевает определённую потерю ионов. Этот переход происходит при температуре около 300 000 кельвинов, или 540 000 градусов по Фаренгейту, что попадает в «тёплый» диапазон, который исследователи стремились обнаружить и картографировать.

Анализ изображений позволил команде составить карту расположения тёплого газа в центральной галактике. На основе распространённости тёплого газа в ядре команда оценивает, что центральная галактика подвергается огромной степени экстремального охлаждения и ежегодно генерирует количество сверххолодного газа, равное массе примерно 20 000 солнц. Учитывая такое большое количество обнаруженного газа, который может служить материалом для образования звёзд, исследователи пришли к выводу, что центральная галактика скопления Феникс, скорее всего, сама производит этот газ. Это означает, что галактика не «заимствует» материал для создания новых звёзд у соседних галактик, а генерирует его самостоятельно. Такой процесс и приводит к необычайно активному звездообразованию, наблюдаемому в этой галактике.

Это открытие не только проливает свет на загадку скопления Феникса, но и открывает новые возможности для изучения подобных космических структур, потенциально меняя понимание эволюции галактик и процессов звездообразования во Вселенной. Исследование может иметь последствия для понимания формирования и эволюции галактических скоплений, а также процессов, управляющих звездообразованием в экстремальных космических условиях.

Открытие «тёплого» газа в скоплении Феникса может стать ключом к разгадке других астрономических загадок, связанных с аномальным поведением древних галактических структур. 

Результаты исследования, опубликованные в престижном научном журнале Nature, вызвали значительный интерес в астрономическом сообществе. Многие учёные считают, что это открытие может привести к пересмотру некоторых теорий о жизненном цикле галактик и механизмах, регулирующих звездообразование в космических масштабах.