Ученые впервые восстановили историю крупной спиральной галактики по ее химическому составу
Галактика NGC 1365 не возникла сразу как гигантская спиральная система, а выросла постепенно из меньшей галактики за счет серии слияний. По мнению исследователей, это открывает новое направление — «внегалактическую археологию», при которой историю далеких галактик можно восстанавливать по химическим «отпечаткам» в их газе.
Источник: Melissa Weiss/CfA. Художественная иллюстрация, как гигантская спиральная галактика NGC 1365 сталкивается и сливается с галактикой-компаньоном меньшего размера, активизируя звездообразование и перераспределяя газ и тяжелые элементы. Используя новую технику “космической археологии”, которая считывает химические отпечатки пальцев в газе галактики, астрономы реконструировали, как NGC 1365 росла на протяжении 12 миллиардов лет
МОСКВА, 25 марта. /Новости науки/. Астрофизики впервые с высокой детализацией восстановили историю формирования крупной спиральной галактики за пределами Млечного Пути, проследив, как в ней в течение примерно 12 миллиардов лет распределялись кислород и другие тяжелые элементы. Исследование показало, что галактика NGC 1365 начинала как сравнительно небольшая система, а затем росла за счет многократных слияний с карликовыми галактиками, сообщила пресс-служба Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института.
«Это первый случай, когда метод химической археологии применен с такой детализацией за пределами нашей собственной галактики», — приводятся в сообщении слова руководителя работы, профессора Гарвардского университета и директора Центра астрофизики Лизы Кьюли.
Как отмечают ученые, до сих пор методы так называемой галактической археологии в основном применялись к Млечному Пути. Их суть в том, что по распределению химических элементов можно восстановить прошлое галактики - когда в ней формировались звезды, как происходили взрывы сверхновых, как двигался газ и были ли в ее истории слияния с другими системами.
В новой работе исследователи применили этот подход к галактике NGC 1365 — крупной спиральной галактике, расположенной так, что с Земли ее диск виден почти «сверху». Это позволило разделить и отдельно изучить отдельные области звездообразования внутри галактики.
Для анализа ученые использовали данные обзора TYPHOON, полученные на телескопе Irénée du Pont в обсерватории Лас-Кампанас. Разрешение оказалось достаточно высоким, чтобы измерять химический состав газа не усредненно по всей галактике, а по отдельным облакам, где рождаются звезды.
Исследователи сосредоточились на распределении кислорода. Молодые горячие звезды излучают мощный ультрафиолет, который заставляет окружающий газ светиться в строго определенных спектральных линиях. По ним можно понять, сколько в этой области содержится того или иного элемента, в том числе кислорода.
Ученым давно известно, что в центре галактик тяжелых элементов обычно больше, а на окраинах — меньше. Но теперь исследователи смогли использовать не просто сам факт такого градиента, а его тонкую пространственную структуру как своего рода «ископаемую летопись» эволюции галактики.
Затем наблюдательные данные сравнили с современными компьютерными моделями из проекта Illustris, который прослеживает эволюцию газа, звезд, черных дыр и химического состава галактик от ранней Вселенной до наших дней. Среди примерно 20 тыс. смоделированных галактик исследователи нашли ту, чьи свойства наиболее точно совпадали с NGC 1365, и на этой основе реконструировали ее вероятную историю роста.
Расчеты показали, что центральная часть NGC 1365 сформировалась довольно рано и быстро обогатилась кислородом. Газ и вещество во внешних областях накапливались постепенно на протяжении около 12 млрд лет, в том числе за счет столкновений и слияний с более мелкими карликовыми галактиками.
Исследователи также пришли к выводу, что газ во внешних спиральных рукавах галактики сформировался относительно поздно — в течение последних нескольких миллиардов лет — и тоже частично был принесен карликовыми галактиками, которые сливались с NGC 1365.
«Очень интересно видеть, насколько близко наши симуляции совпали с данными по другой галактике. Это исследование показывает, что процессы, которые мы моделируем на компьютерах, действительно формируют такие галактики, как NGC 1365, на протяжении миллиардов лет», — отметил астроном Центра астрофизики Ларс Хернквист.
В целом работа показала, что NGC 1365 не возникла сразу как гигантская спиральная система, а выросла постепенно из меньшей галактики за счет серии слияний. По мнению исследователей, это открывает новое направление — «внегалактическую археологию», при которой историю далеких галактик можно восстанавливать по химическим «отпечаткам» в их газе.
Ученые считают, что изучение таких объектов поможет лучше понять, насколько типичен или необычен сам Млечный Путь и по каким сценариям вообще могут формироваться крупные спиральные галактики.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
«Это первый случай, когда метод химической археологии применен с такой детализацией за пределами нашей собственной галактики», — приводятся в сообщении слова руководителя работы, профессора Гарвардского университета и директора Центра астрофизики Лизы Кьюли.
Как отмечают ученые, до сих пор методы так называемой галактической археологии в основном применялись к Млечному Пути. Их суть в том, что по распределению химических элементов можно восстановить прошлое галактики - когда в ней формировались звезды, как происходили взрывы сверхновых, как двигался газ и были ли в ее истории слияния с другими системами.
В новой работе исследователи применили этот подход к галактике NGC 1365 — крупной спиральной галактике, расположенной так, что с Земли ее диск виден почти «сверху». Это позволило разделить и отдельно изучить отдельные области звездообразования внутри галактики.
Для анализа ученые использовали данные обзора TYPHOON, полученные на телескопе Irénée du Pont в обсерватории Лас-Кампанас. Разрешение оказалось достаточно высоким, чтобы измерять химический состав газа не усредненно по всей галактике, а по отдельным облакам, где рождаются звезды.
Исследователи сосредоточились на распределении кислорода. Молодые горячие звезды излучают мощный ультрафиолет, который заставляет окружающий газ светиться в строго определенных спектральных линиях. По ним можно понять, сколько в этой области содержится того или иного элемента, в том числе кислорода.
Ученым давно известно, что в центре галактик тяжелых элементов обычно больше, а на окраинах — меньше. Но теперь исследователи смогли использовать не просто сам факт такого градиента, а его тонкую пространственную структуру как своего рода «ископаемую летопись» эволюции галактики.
Затем наблюдательные данные сравнили с современными компьютерными моделями из проекта Illustris, который прослеживает эволюцию газа, звезд, черных дыр и химического состава галактик от ранней Вселенной до наших дней. Среди примерно 20 тыс. смоделированных галактик исследователи нашли ту, чьи свойства наиболее точно совпадали с NGC 1365, и на этой основе реконструировали ее вероятную историю роста.
Расчеты показали, что центральная часть NGC 1365 сформировалась довольно рано и быстро обогатилась кислородом. Газ и вещество во внешних областях накапливались постепенно на протяжении около 12 млрд лет, в том числе за счет столкновений и слияний с более мелкими карликовыми галактиками.
Исследователи также пришли к выводу, что газ во внешних спиральных рукавах галактики сформировался относительно поздно — в течение последних нескольких миллиардов лет — и тоже частично был принесен карликовыми галактиками, которые сливались с NGC 1365.
«Очень интересно видеть, насколько близко наши симуляции совпали с данными по другой галактике. Это исследование показывает, что процессы, которые мы моделируем на компьютерах, действительно формируют такие галактики, как NGC 1365, на протяжении миллиардов лет», — отметил астроном Центра астрофизики Ларс Хернквист.
В целом работа показала, что NGC 1365 не возникла сразу как гигантская спиральная система, а выросла постепенно из меньшей галактики за счет серии слияний. По мнению исследователей, это открывает новое направление — «внегалактическую археологию», при которой историю далеких галактик можно восстанавливать по химическим «отпечаткам» в их газе.
Ученые считают, что изучение таких объектов поможет лучше понять, насколько типичен или необычен сам Млечный Путь и по каким сценариям вообще могут формироваться крупные спиральные галактики.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
