Астрономы восстановили историю роста галактики NGC 1365 по следам кислорода

Международная группа астрономов под руководством Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов впервые применила метод галактической археологии для детального изучения истории галактики за пределами Млечного Пути. Ученые обнаружили, что спиральная галактика NGC 1365 сформировалась в результате многочисленных слияний с карликовыми галактиками на протяжении 12 миллиардов лет, причем ее центральная область возникла на ранних этапах, а внешние рукава — в последние несколько миллиардов лет. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Группа астрономов под руководством Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов впервые использовала галактическую археологию: изучение детальных химических характеристик объектов в глубоком космосе для отслеживания истории галактики за пределами Млечного пути. Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, демонстрирует новый способ реконструкции эволюции далеких галактик и открывает новую область астрономии, называемую «внегалактической археологией».

«Это первый случай применения метода химической археологии с такой высокой степенью детализации за пределами нашей собственной галактики», — говорит Лиза Кьюли, ведущий автор исследования, профессор Гарварда и директор Центра астрофизики.

Используя данные обзора TYPHOON, полученные с помощью телескопа Ирене дю Пон в обсерватории Лас-Кампанас, ученые исследовали близлежащую спиральную галактику NGC 1365, чей широкий диск ориентирован таким образом, что мы можем видеть ее с Земли. Им удалось достичь разрешения, достаточно высокого для разделения и изучения отдельных звездообразующих облаков в галактике. Как объясняет Кьюли, в молодом возрасте горячие звезды ярко светят в ультрафиолетовом диапазоне, и этот интенсивный свет может возбуждать находящиеся рядом газы. Каждый элемент в газе, например кислород, затем производит яркие, узкие световые линии, что позволяет точно измерять его распределение.

Астрономы знают, что в центрах галактик обычно больше тяжелых элементов, включая кислород, в то время как во внешних частях их меньше. Распределение кислорода формируется под влиянием нескольких факторов, включая место и время образования и взрыва звезд в виде сверхновых, потоки газа в галактику и из нее, а также прошлые слияния с другими галактиками.

Измеряя изменения в распределении кислорода в галактике и сравнивая их с современными моделями галактик в рамках проекта Illustris, астрономы проследили, как галактика росла и сливалась с другими галактиками на протяжении 12 миллиардов лет космического времени. Модели отслеживают движение газа, звездообразование, образование черных дыр и химическую эволюцию в галактиках с момента вскоре после Большого взрыва до наших дней.

Астрономы проанализировали модели примерно 20 000 галактик и обнаружили одну, которая точно соответствовала наблюдаемым свойствам NGC 1365, на основе чего они сделали вывод о вероятной истории слияния и роста этой галактики. В результате ученые обнаружили, что центральная область NGC 1365 сформировалась на ранних этапах истории галактики и накопила большое количество кислорода.

Газ, расположенный дальше от центра, накапливался в течение 12 миллиардов лет в результате столкновений с меньшими карликовыми галактиками. Газ во внешних спиральных рукавах галактики, вероятно, сформировался относительно поздно, в течение последних нескольких миллиардов лет, и также подпитывался газом и звездами от слияния карликовых галактик.

«Очень интересно видеть, как наши модели так точно совпадают с данными из другой галактики», — сказал Ларс Хернквист, профессор астрофизики в Гарварде и астроном из CfA. «Это исследование показывает, что астрономические процессы, которые мы моделируем на компьютерах, формируют такие галактики, как NGC 1365, на протяжении миллиардов лет».

В целом, исследование показывает, что NGC 1365 начинала свой путь как небольшая галактика и постепенно превратилась в гигантскую спиральную галактику в результате многочисленных слияний с меньшими карликовыми галактиками. По словам Лизы Кьюли, астрономы представляют внегалактическую археологию как мощный новый подход и инструмент, демонстрирующий, что химические следы в газе галактики могут раскрыть ее историю.

«Это исследование очень хорошо показывает, как можно проводить наблюдения, которые напрямую подкрепляются теорией», — сказала она. «Я думаю, это также повлияет на то, как мы будем работать вместе как теоретики и наблюдатели, потому что этот проект на 50% состоял из теории и на 50% из наблюдений, а одно невозможно без другого. Для того, чтобы прийти к таким выводам, необходимы оба подхода».

Изучая такие галактики, как NGC 1365, которая имеет сходство с Млечным Путем, астрономы могут получить представление о том, насколько типична или необычна наша Галактика, а также о различных путях, по которым галактики могут достигать своего нынешнего состояния. «Все ли спиральные галактики формируются одинаковым образом? — спрашивает Лиза Кьюли. — Есть ли различия в их формировании? Где сейчас распределен кислород в них? Отличается ли наша Млечная Галактика чем-либо или является ли она уникальной? Именно на эти вопросы мы хотим ответить».

Таким образом, ключевой результат исследования заключается в том, что астрономы впервые успешно применили метод химической археологии за пределами Млечного Пути, восстановив 12-миллиардную историю роста галактики NGC 1365 через слияния с карликовыми соседями. Работа не только открывает новую область внегалактической археологии, но и демонстрирует важность тесного взаимодействия наблюдательных данных и теоретического моделирования для понимания эволюции галактик во Вселенной.