Пространственное смещение ультрафиолетового и инфракрасного центров в галактиках на z = 5–10: результаты симуляций FLARES

Международная группа астрофизиков под руководством Пауруша Пуньяшила из Университета Хартфордшира проанализировала более 6800 массивных галактик в ранней Вселенной. Они обнаружили, что у примерно 16% галактик ультрафиолетовый и инфракрасный центры излучения смещены друг относительно друга на 2,5 тысячи световых лет и более. Исследование, принятое к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, основано на данных симуляций FLARES и моделировании наблюдений телескопов Джеймс Уэбб и ALMA.

Используя детальные компьютерные модели формирования первых галактик, ученые создали симулированные снимки в ультрафиолетовом и дальнем инфракрасном диапазонах, подобные тем, что получают реальные обсерватории. Они измерили расстояния между видимыми ультрафиолетовыми центрами галактик и центрами их пылевого излучения.

Оказалось, что в значительной доле систем эти центры не совпадают. Причем смещение в основном возникает из-за того, что ультрафиолетовый центр «уходит» от истинного гравитационного центра галактики, тогда как инфракрасный остается к нему близок.

Авторы проверили множество возможных причин такого несовпадения: массу галактики, ее яркость, размер, активность сверхмассивной черной дыры, плотность окружения и историю слияний. Ни один из этих факторов не показал четкой связи со смещением.

Зато ключевую роль сыграли два других — пыль и характер звездообразования. Галактики со значительным смещением имеют голубоватый ультрафиолетовый спектр, что говорит о недавних вспышках звездообразования, и при этом их центральные области сильно затемнены пылью. Получается, что пыль в центре поглощает ультрафиолет, и наблюдаемый ультрафиолетовый пик смещается в сторону более молодых, менее запыленных звездных скоплений на периферии.

Такие галактики эволюционируют быстрее обычных. Они набирают половину своей звездной массы уже к моменту, когда Вселенной было около 800 миллионов лет (то есть на 100 миллионов лет раньше, чем галактики без смещения). У них выше металличность звезд, а звездное население на тех же расстояниях от центра в среднем старше. Это указывает на то, что активное звездообразование и накопление тяжелых элементов распространялись у них наружу уже на очень ранних этапах.

В результате моделирования ученые выяснили, что смещение между ультрафиолетовым и инфракрасным центрами в ранних массивных галактиках не случайный дефект наблюдений, а закономерное следствие внутреннего устройства галактик. Оно возникает из-за комбинации центрального пылевого экранирования и разбросанных по окраинам очагов молодого звездообразования.

Это означает, что ультрафиолет и инфракрасное излучение нельзя автоматически считать взаимозаменяемыми картами звездообразования, их пространственное распределение может радикально различаться, и это нужно учитывать при изучении первых галактик.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях