С телескопом ESO VLT открыта новая форма звездообразования

Рождение звезд в ветрах из сверхмассивных черных дыр: глазами художника
Наблюдения на Очень Большом Телескопе ESO показали, что звезды образуются внутри мощных выбросов вещества из сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик. Это первые подтвержденные наблюдения образования звезд в столь экстремальных условиях. Открытие должно заметно изменить наши представления о свойствах и эволюции галактик. Результаты исследования публикуются в журнале Nature.

Группа европейских астрономов под руководством специалистов из Великобритании воспользовалась приемниками MUSE и X-shooter на Очень Большом Телескопе (VLT) в обсерватории ESO на горе Параналь в Чили для исследования двух сталкивающихся галактик. Объект наблюдений, обозначаемый совместной аббревиатурой IRAS F23128-5919. находится на расстоянии в 600 миллионов световых лет от Земли. Ученые наблюдали колоссальные извержения вещества из окрестностей сверхмассивной черной дыры в ядре той из двух галактик, которая находится южнее, и впервые обнаружили прямое доказательство рождения звезд внутри этого вещества [1].

Извержения обусловлены выделением гигантских количеств энергии в активных турбулентных центральных областях галактик. В ядрах большинства галактик прячутся сверхмассивные черные дыры; в процессе поглощения окружающего их вещества они разогревают его и выбрасывают часть его наружу в виде мощных и плотных потоков газового «ветра» [2].

“Астрономы давно предполагали, что условия внутри таких потоков могут оказаться подходящими для образования звезд, но никто пока не наблюдал этого в действительности – это крайне сложная наблюдательная задача”, -- комментирует полученный результат руководитель группы Роберто Майолино  (Roberto Maiolino) из Кембриджского университета. “Наши наблюдения замечательны именно тем, что они однозначно доказывают: внутри истечений вещества из черных дыр действительно формируются звезды ”.

Целью ученых было непосредственно исследовать звезды и окружающий их газ внутри выбросов. Для этого они использовали приемники MUSE и X-shooter: спектроскопические инструменты мирового класса на телескопе VLT, которые позволили им выполнить чрезвычайно детальное исследование излучения этих областей и определить его источник.

Как известно, излучение молодой звезды заставляет окружающий газ светиться особенным образом. Исключительно высокая чувствительность приемника X-shooter позволила группе исключить другие возможные причины такого свечения, такие, например, как ударные волны в газе или активность галактического ядра.

Группа выполнила несомненную прямую регистрацию новорожденного звездного населения внутри выброса [3]. Возраст этих звезд оценивается менее, чем в несколько десятков миллионов лет. Предварительный анализ показывает, что они горячее и ярче, чем звезды, образующиеся в менее экстремальных средах, например, в галактических дисках.

Кроме того, астрономы исследовали движение обнаруженных звезд. Излучение большинства из них показывает, что они с очень высокими скоростями движутся в направлени от центра галактики — что естественно для объектов, находящихся в мощном потоке выбрасываемого из ядра вещества.

Соавтор работы Элен Расселл (Helen Russell) из Института астрономии в Кембридже, Великобритания, добавляет: “Звезды, которые формируются в потоках ветра вблизи галактического центра, могут замедляться и даже начинать двигаться в направлении на центр, но звезды, которые образуются в выбросе, испытывают меньшее торможение и даже могут навсегда покинуть свою галактику”.

Открытие обещает интереснейшие последствия для развития некоторых областей астрофизики, например, для решения вопросов о том, как галактики приобретают определенную форму [4], как происходит обогащение межгалактического пространства тяжелыми элементами [5] и даже где может образовываться пока не объясненное космическое инфракрасное фоновое излучение [6].

Майолино смотрит в будущее с оптимизмом: “Если, как предсказывают некоторые теории, в большинстве выбросов из ядер галактик действительно происходит звездообразование, то мы получим совершенно новый сценарий галактической эволюции”.

Примечания

[1] Темп звездообразования в выбросах очень большой: по оценке астрономов, каждый год формируется примерно 30 солнечных масс, что составляет более четверти общего звездообразования во всей системе сталкивающихся галактик.

[2] Выбросы газа из центральных областей приводят к тому, что запасы газа в галактике сокращаются, и это, возможно, является причиной прекращения звездообразования в галактиках по мере увеличения их возраста. Хотя скорее всего энергия выбросов берется из массивных центральных черных дыр, возможно также, что звездный ветер порождается сверхновыми в околоядерной области, где происходит вспышка звездообразования.

[3] Доказательствами этого послужило определение характерных признаков молодого звездного населения и распределения скоростей, соответствующего модели формирования звезд в движущемся с большой скоростью потоке вещества.

[4] Спиральные галактики имеют отчетливую дисковую структуру с выпуклым утолщением -- балджем в центральной части и окружающим диск протяженным диффузным сферическим облаком -- гало. Эллиптические галактики состоят преимущественно из сфероидальных компонент. Звезды, выбрасываемые из диска с большой скоростью, могут порождать такие структурные особенности.

[5] Вопрос о том, как происходит обогащение пространства между галактиками – межгалактической среды — тяжелыми элементами остается до сих пор открытым. Открытие звезд, рождающихся из выбросов, может прояснить этот вопрос. Если они покидают свою галактику и затем взрываются в виде сверхновых, тяжелые элементы из их недр попадут в межгалактическую среду.

[6] Космическое фоновое инфракрасное излучение, схожее со знаменитым микроволновым «реликтовым» фоном, представляет собой слабое свечение в ближней инфракрасной части спектра, приходящее со всех направлений на небе. Его происхождение до сих пор не получило удовлетворительного объяснения. Существование популяции звезд, родившихся внутри истечений из ядер галактик и выброшенных этими потоками в межгалактическое пространство, могло бы помочь разгадать эту загадку.

Результаты исследования представлены в статье “Star formation in a galactic outflow”, Maiolino et al., которая публикуется в журнале Nature от 27 марта 2017 года.

Состав исследовательской группы: R. Maiolino (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, UK), H.R. Russell (Institute of Astronomy, Cambridge, UK), A.C. Fabian (Institute of Astronomy, Cambridge, UK), S. Carniani (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, UK), R. Gallagher (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, UK), S. Cazzoli (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Spain), S. Arribas (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Spain), F. Belfiore ((Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, UK), E. Bellocchi (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Spain), L. Colina  (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Spain), G. Cresci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italy), W. Ishibashi (Universität Zürich, Zürich, Switzerland), A. Marconi (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italy), F. Mannucci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italy), E. Oliva (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italy) и E. Sturm (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Germany).

Текст научной статьи в Nature http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1710/eso1710a.pdf

Перевод пресс-релиза ESO eso1710 http://www.eso.org/public/russia/news/eso1710/