Гигантская протогалактика в молодой Вселенной формирует звёзды из «вторсырья», выяснили учёные

Международная группа учёных изучила гигантскую туманность, которая располагается среди скопления молодых галактик и поглощает выброшенное последними вещество. Процесс наблюдается в области, возраст которой составляет всего 3 млрд лет после Большого взрыва, то есть в весьма молодой вселенной (возраст Вселенной оценивается в 13,8 млрд лет). Это является очередным свидетельством того, что галактики формируют звёзды, обмениваясь веществом с ближайшим окружением.

Художественное изображение формирования скопления галактик в ранней Вселенной. Источник изображения: ESO/M. Kornmesser

Ранее галактики независимо от размера считались плавающими в космической пустоте островами материи, но последние исследования показали, что их окружают огромные облака газа и пыли, которые трудно увидеть. Сейчас превалирует мнение, что эти облака являются частью гигантской космической сети, включающей в себя и тёмную материю — она связывает галактики, обеспечивая их водородом, из которого формируются новые звёзды и галактики.

Недавно учёные обнаружили, что такие облака играют ключевую роль в переработке вещества, помогая запускать так называемые галактические фонтаны. Погибающие со взрывами сверхновых массивные звезды выбрасывают в пространство колоссальные объёмы вещества, которое иногда вылетает за пределы галактик и образует ореолы горячего газа над и под их дисками. Согласно одной из теорий, облака горячего газа, которые простираются на тысячи световых лет за пределы галактики, охлаждаются и «проливаются дождём» обратно на неё, за счёт чего продолжается звездообразование. Эта гипотеза объясняет, почему в галактиках этот процесс идёт долгое время, несмотря на кажущиеся ограниченными запасы вещества.

Обсерватория Кека. Источник изображения: keckobservatory.org

Моделирование допускает возможность такой рециркуляции галактик, но подтвердить этот процесс непросто — галактики ориентированы по-разному, и наблюдать космический дождь действительно сложно. Прорыва удалось добиться при наблюдении в телескопы Кека и «Субару» на Гавайях туманности «Мамонт-1» (MAMMOTH-1) — протогалактики почти в 11 млрд световых лет от Земли. Туманность была открыта в 2017 году, но последние её изображения показывают, что она поглощает вещество из ближайших окрестностей через как минимум три газовых потока — эти потоки подсвечивают фрагмент космической сети, соединяющей галактики и их ближайшее окружение. При этом два потока указывают на квазар — яркий объект со сверхмассивной чёрной дырой, о присутствии которой в этой туманности только подозревали.

Учёные также обнаружили, что потоки вещества вокруг туманности богаты углеродом, который может формироваться только внутри звёзд, образующих из водорода и гелия металлы — так в астрономии называют все элементы тяжелее водорода и гелия. Присутствие углерода в туманности, размер которой составляет 300 тыс. световых лет, подтверждает гипотезу об активной системе галактической рециркуляции, при которой богатый металлами газ становится строительным материалом для формирования нового поколения звёзд. Этот газ охлаждается быстрее первозданного водорода, повышая тем самым эффективность звездообразования.

Свету требуется продолжительное время, чтобы преодолеть больше расстояние, и мы видим туманность «Мамонт-1» такой, какой она была 11 млрд лет назад. Размер группы галактик, к которой она принадлежит, тогда был 50 млн световых лет, но к настоящему моменту она, вероятно, ужалась до 1 млн. Для сравнения группа галактик, в которую входит наш Млечный Путь, имеет размер 10 млн световых лет. В Млечном Пути тоже есть галактические фонтаны, но астрономы точно не знают, сколько их.