Телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил «пульсацию» ранней Вселенной: галактики с интенсивным звездообразованием

С помощью наблюдений космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) астрономы выявили существенные отличия в процессах формирования звёзд в современных и древних галактиках. В локальной Вселенной этот процесс протекает медленно и равномерно, тогда как в её далёком прошлом он, скорее всего, происходил неустойчиво, с чередованием периодов всплесков активности и времён покоя.

Исследование, выполненное в рамках программы CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science), оспаривает ранее существующие модели эволюции галактик.

Максимальная скорость звездообразования во Вселенной была достигнута примерно 10,4 миллиарда лет назад (красное смещение z = 2) после фазы роста длиной в 3,3 миллиарда лет, затем она начала уменьшаться. Однако массивные галактики производили звёзды значительно активнее и достигали пика раньше менее массивных. Эта закономерность легла в основу «звёздной главной последовательности» (SFMS) — зависимости, устанавливающей связь между массой галактики и темпами звездообразования. Чем больше галактика, тем активнее её звёздообразование, но со временем SFMS меняется: в ранние эпохи она сдвигается к более высоким скоростям.

Учёные исследовали 1 800 галактик с высоким красным смещением, применяя два метода оценки звездообразования. Линия Hα в спектре, связанная с ионизированным газом, окружившим массивные звёзды O-типа, отображает процессы за последние 10 миллионов лет. Ультрафиолетовое излучение, зависящее от менее массивных и долговечных звёзд, позволяет оценить процессы за 100 миллионов лет.

Сравнение этих данных выявило важные закономерности: SFMS, построенная по Hα, показывает больший разброс данных и меньшую нормировку по сравнению с ультрафиолетом. Это указывает на нестабильность звездообразования в краткосрочной перспективе и подтверждает гипотезу о его импульсном характере.

Данные телескопа «Джеймс Уэбб» из программы CEERS, в сочетании с архивными данными «Хаббла», позволили разделить галактики на пять категорий по красному смещению. Во всех группах разброс SFMS для Hα был выше, а нормировка ниже, что свидетельствует о смене активных фаз и покоя, длящихся 100–250 миллионов лет. Разброс увеличивался с ростом красного смещения, подтверждая более импульсивное звездообразование в ранней Вселенной. Однако интенсивность таких всплесков, судя по нормировке, не превышала современных показателей.

Интересные различия проявились при сравнении галактик различной массы. У менее массивных объектов краткосрочные и долгосрочные темпы звездообразования оказались ближе друг к другу, тогда как у более массивных различия значительнее: текущие показатели (Hα) ниже долгосрочных (ультрафиолет). Это указывает на более краткие всплески у массивных галактик — порядка 60 миллионов лет, тогда как у менее массивных — около 110 миллионов лет. Учёные связывают это с тем, что массивные галактики быстрее расходуют запасы газа или подвергаются воздействию обратной связи от сверхновых.

Полученные результаты не только изменяют представление о раннем развитии галактик, но также ставят новые вопросы. Почему прерывистость звездообразования усиливалась в молодой Вселенной? Какую роль играли масса галактики и её окружение? Ответы на эти вопросы помогут уточнить модели формирования структур на космическом уровне. Астрономы продолжат исследование данных JWST, всё глубже раскрывая картину первых миллиардов лет после Большого взрыва.

Источник: iXBT