Неуловимый водородный свет: телескоп Хобби-Эберли нашел гигантские запасы топлива для молодых галактик

Международная команда астрономов под руководством Эрин Ментуч Купер, менеджера данных проекта HETDEX (Eberly Telescope Dark Energy Experiment), обнаружила более 33 000 гигантских водородных гало, известных как туманности Лаймана-альфа, которые окружали галактики в эпоху «Космического полдня» 10–12 миллиардов лет назад. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

В ходе эксперимента HETDEX, проводимого на телескопе Хобби-Эберли в обсерватории Макдональд, астрономы совершили прорыв в изучении ранней Вселенной. Им удалось увеличить известное количество гигантских водородных гало, называемых туманностями Лаймана-альфа, в десять раз — с примерно 3000 до более чем 33 000. Эти структуры окружали галактики в период, известный как «Космический полдень», то есть 10–12 миллиардов лет назад, когда галактики росли с максимальной скоростью. Для такого активного звездообразования галактикам требовались огромные запасы водородного газа, основного строительного материала для звезд. Однако до недавнего времени астрономам были известны лишь единицы подобных образований, что порождало сомнения в их распространенности.

Новое исследование не только кратно увеличило статистическую выборку, но и расширило представления о разнообразии размеров и форм этих гало. Диапазон их поперечника составляет от десятков тысяч до сотен тысяч световых лет. Некоторые из них выглядят как аккуратные облака в форме футбольного мяча, окружающие одну галактику. Другие же представляют собой сложные, раскидистые структуры с отростками, напоминающие гигантских амеб, и содержат внутри себя сразу несколько галактик. Как отмечает ведущий автор исследования Эрин Ментуч Купер, именно такие неправильные сгустки представляют наибольший интерес для науки.

Сложность обнаружения подобных гало заключается в природе водорода: он не излучает собственного света. Его можно увидеть, только когда он находится рядом с мощным источником энергии, например галактикой, полной молодых звезд, испускающих ультрафиолетовое излучение.

Это заставляет водород светиться, но для фиксации такого свечения требуются долгие наблюдения на высокоточных приборах, которые обычно пользуются большим спросом. Предыдущие исследования фиксировали лишь самые яркие и экстремальные примеры либо были слишком сильно сфокусированы на отдельных галактиках, пропуская гало промежуточных размеров.

Масштаб проекта HETDEX позволил преодолеть это ограничение. Телескоп Хобби-Эберли — один из крупнейших в мире, а его инструмент генерирует 100 000 спектров за одно наблюдение. В сумме команда собрала почти полпетабайта данных, охватывающих область неба размером более 2000 полных Лун.

В рамках работы ученые отобрали 70 000 самых ярких галактик из более чем 1,6 миллиона ранних галактик, идентифицированных программой. С помощью суперкомпьютеров Техасского центра передовых вычислений они искали признаки гало: компактную центральную область водорода и более разреженное облако вокруг нее. Почти половина изученных галактик продемонстрировала такие признаки, причем исследователи полагают, что реальная доля еще выше — просто самые слабые системы недостаточно ярки, чтобы проявить себя полностью.

Открытие 33 000 водородных гало предоставляет астрономам впервые в истории репрезентативную статистическую выборку для изучения ранней Вселенной. Теперь ученые могут не гадать о редкости таких структур, а целенаправленно анализировать их физику, механизмы роста и роль в эволюции галактик. Полученный каталог позволит проверять, уточнять или отвергать существующие модели формирования галактик, а также исследовать распределение материи и движение объектов в эпоху Космического полдня. Проблема отныне заключается не в поиске таких гало, а в выборе, какие из 33 000 изучать в первую очередь.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях