Спиральные рукава и перемычки оказались топливными насосами для звездообразования

Пик звездообразования во Вселенной пришёлся на «космический полдень» — период между 2 и 3 миллиардами лет после Большого взрыва. Тогда темпы рождения звёзд были в 100 раз выше, чем сегодня. Чтобы достичь такой интенсивности, газ должен был эффективно перемещаться внутри галактик. Астрономы долго не могли объяснить этот процесс, полагая, что ранние галактики были хаотичными из-за слияний и турбулентности. Новые исследования, опубликованные в Astronomy and Astrophysics и на сервере препринтов arXiv, показывают, что массивные дисковые галактики с перемычками и спиральными рукавами эффективно перемещали холодный газ, обеспечивая высокий темп звездообразования. Первая статья, ведущий автор — доктор Хуан Мануэль Эспехо Сальседо из Института внеземной физики Общества Макса Планка, основана на данных 10 галактик из обзора NOEMA3D. Вторая статья, ведущий автор — Жан-Батист Жолли из того же института, рассматривает более крупную выборку. Звёзды формируются только из холодного плотного газа. Если газ нагревается активным ядром галактики или турбулентен из-за слияния, звездообразование замедляется. Холодный газ должен поступать из внешних областей диска в центральные, где рождаются звёзды. Обзор NOEMA3D с помощью телескопов JWST и NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) позволил получить высокое разрешение кинематики молекулярного газа. «Фундаментальный вопрос эволюции галактик — как ранние галактики сформировали упорядоченные структуры, наблюдаемые сегодня», — пишут авторы первой статьи. Более ранние наблюдения показывали, что галактики космического полудня были комковатыми и хаотичными, но новые данные JWST и NOEMA выявили иное. «Кинематические обзоры показали, что дисковое вращение широко распространено в космический полдень», — объясняют учёные. В хаотичных галактиках дисперсия скоростей была бы высокой, но этого не наблюдается. «С появлением камеры WFC3 телескопа Hubble и инфракрасной съёмки стали обнаруживаться галактики с более регулярной морфологией», — отмечает Эспехо Сальседо с коллегами. Эти галактики оказались упорядоченными спиралями, причём четыре из десяти имеют перемычки. Ранее считалось, что такие структуры редки на этих красных смещениях, но JWST вновь опроверг прежние представления. Измеряя скорости газа, авторы второй статьи обнаружили, что часть газа движется как в обычной вращающейся галактике, но почти в каждой галактике вращение не объясняло всё движение. JWST показал, что избыточное движение газа пространственно связано с перемычками и спиралями. «Впервые мы можем напрямую связать спиральные рукава и перемычки с движением холодного газа внутри галактик», — говорит Жолли. Это доказывает, что эти структуры уже управляли транспортировкой газа в пик звездообразования. Рукава и перемычки направляют газ во внутренние области, активно перераспределяя его. Скорость притока сопоставима с темпами звездообразования, так что газ питает рождение звёзд и, возможно, сверхмассивные чёрные дыры. «Глубина наблюдений NOEMA позволяет проследить резервуары холодного газа, питавшие рост галактик в космический полдень», — говорит Цзяньхан Чэнь, соавтор первого исследования. Результаты рисуют новую картину: ранние галактики с уже сформированными рукавами и перемычками эффективно канализировали холодный газ из внешних областей в центр, что противоречит прежнему представлению о комковатых и хаотичных галактиках. Многие из этих древних галактик были похожи на современный Млечный Путь с его спиральными рукавами и перемычкой, но скорость движения газа в них была гораздо выше. «Эти потоки были бы достаточны для поддержания высокого темпа звездообразования, способствуя формированию балджа и, возможно, питая центральные сверхмассивные чёрные дыры», — заключают Жолли и соавторы. Данную информацию сообщает портал Phys.org.