Чтобы возникнуть, галактикам нужна постоянная диета из холодных газов, чтобы подвергнуться гравитационному коллапсу. Чем больше галактика, тем больше холодного газа ей нужно для объединения и роста.
Массивные галактики, обнаруженные в ранней Вселенной, нуждались в большом количестве холодного газа - общий запас в 100 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца.
Но откуда эти ранние сверхразмерные галактики взяли столько холодного газа, когда они были окружены более горячим окружением?
В новом исследовании астрономы под руководством Университета Айовы сообщают о прямых наблюдательных доказательствах потоков холодного газа, которые, по их мнению, обеспечивали эти ранние массивные галактики. Они обнаружили трубопроводы холодного газа, которые прорезали горячую атмосферу в ореоле темной материи ранней массивной галактики, снабжая галактику материалом для формирования звезд.
Около двух десятилетий назад физики, работающие с симуляциями, предположили, что в ранней Вселенной космические нити переправляли холодный газ и эмбриональные галактики в форме узлов к гало темной материи, где все это слипалось, образуя массивные галактики. Теория предполагала, что нити должны быть узкими и плотно заполненными холодным газом, чтобы их не отслаивала более горячая окружающая атмосфера.
Но у теории не было прямых доказательств. В этом исследовании ученые изучили газовую область, окружающую массивную галактику, образовавшуюся, когда Вселенной было около 2,5 миллиардов лет, или всего 20% от ее нынешнего возраста. Галактика ранее не изучалась, и команде потребовалось пять лет, чтобы определить ее точное местоположение и расстояние (по красному смещению). Команде понадобилась специально оборудованная обсерватория Atacama Large Millimeter/Submmillimeter Array, потому что окружающая среда целевой галактики настолько запылена, что ее можно увидеть только в субмиллиметровом диапазоне электромагнитного спектра.
«Это прототип, первый случай, когда мы обнаружили поток размером с гало, который питает очень массивную галактику», - говорит Хай Фу, доцент кафедры физики и астрономии Айовы, руководитель исследования и соответствующий сотрудник. автор. «Исходя из наших наблюдений, такие потоки могут заполнить водохранилище примерно за миллиард лет, что намного меньше, чем количество времени, которое было доступно галактике в эпоху, которую мы наблюдаем».
Важно отметить, что исследователи обнаружили два фоновых квазара, которые проецируются на близком угловом расстоянии от целевой галактики, подобно тому, как движение Юпитера и Сатурна приблизило их друг к другу, если смотреть с Земли во время Великого соединения в декабре прошлого года. Из-за этой уникальной конфигурации свет квазаров, проникая в газовое гало галактики переднего плана, оставлял химические «отпечатки пальцев», которые подтверждали существование узкого потока холодного газа..
Эти химические следы показали, что газ в потоках имел низкую концентрацию тяжелых элементов, таких как алюминий, углерод, железо и магний. Поскольку эти элементы образуются, когда звезда еще сияет, и высвобождаются в окружающую среду, когда звезда умирает, исследователи определили, что потоки холодного газа должны втекать извне, а не выбрасываться из самой звездообразующей галактики.
Среди 70 000 галактик со вспышками звездообразования в нашем обзоре, это единственная, связанная с двумя квазарами, которые находятся достаточно близко, чтобы исследовать газ гало. Более того, оба квазара проецируются на одну и ту же сторону галактики. галактики, так что их свет может быть заблокирован одним и тем же потоком на двух разных угловых расстояниях». Фу говорит. «Итак, я чувствую себя чрезвычайно удачливым, что природа предоставила нам возможность обнаружить эту главную артерию, ведущую к сердцу феноменальной галактики, в период ее юности».
Исследование «Длинный поток холодного газа с низким содержанием металлов вокруг массивной галактики со вспышкой звездообразования на Z=2,67» было опубликовано онлайн в Astrophysical Journal 24 февраля.
Соавторы исследования включают Руи Сюэ, который был научным сотрудником в Айове, а сейчас работает инженером-программистом в Национальной радиоастрономической обсерватории; Джейсон Прочаска из Калифорнийского университета в Санта-Круз; Алан Стоктон из Гавайского университета в Гонолулу; Сэм Поннада, окончивший Айову в мае прошлого года и являющийся аспирантом Калифорнийского технологического института; Мари Винджи Лау из Калифорнийского университета в Риверсайде; Асанта Курей из Калифорнийского университета в Ирвине; и Десика Нараянан из Университета Флориды.
Национальный научный фонд США финансировал исследование.