Галактики. Большой путеводитель по Вселенной

Как и протогалактика, не похожая на современную галактику, протокластер ничем не напоминает скопления вроде Кома или Девы – хотя и является плотной областью, которая в итоге станет богатым скоплением. Протокластеры больше похожи на слабо связанные скопления молодых галактик и газа, постепенно разрушающиеся и сливающиеся в единую, гравитационно связанную структуру. Важно отметить, что условия окружающей среды в этом молодом скоплении еще не влияют на эволюцию галактик тем многообразием способов, которые мы наблюдаем сегодня в плотных массивных скоплениях – потомках окружения протокластеров, замеченных ранее в истории Вселенной. Например, эффект «давления поршня» может наблюдаться только в том случае, если кластер заполнен горячей плотной плазмой, и на его формирование требуется некоторое время, поскольку кластер растет с образованием глубокого гравитационного потенциала. Однако любые протогалактики, образующиеся вблизи пика плотности вещества (самой глубокой части гравитационной ямы), останутся там навсегда. Поэтому судьба галактик, которые станут массивными эллиптическими галактиками в окружении, подобном кластеру Кома, была в некотором смысле предначертана условиями окружающей среды их рождения. А это, в свою очередь, было случайным образом определено квантовыми флуктуациями в распределении вещества вскоре после Большого взрыва.

Очевидно, что обусловленность окружающей среды некоторых галактик оказала глубокое влияние на их развитие, даже на самых ранних стадиях формирования. Скопления галактик непрерывно растут с течением времени, накапливая все больше и больше материи. Часть этой аккреции принимает форму отдельных галактик и групп галактик в непосредственной близости от них, которые притягиваются за счет действия гравитации. Как только массивное скопление будет должным образом сформировано, воздействие окружающей среды начнет играть важную роль в развитии этих «падших» галактик. Наиболее важными станут прекращение формирования звезд и морфологические преобразования, которые начнутся, когда галактики будут пересекать окружающую среду скопления, и мое исследование затронуло эту тему.

Если мы посмотрим на кластеры сегодня, то увидим, что их ядра в основном содержат популяцию пассивных эллиптических и линзовидных (S0) галактик. Если понаблюдать за скоплениями галактик с более высоким красным смещением, видимых на этапе около 5 млрд лет назад (когда Солнечная система, кстати, только формировалась), то мы все равно увидим совокупность эллиптических галактик, а S0 будут отсутствовать или найдутся в значительно меньшем количестве. Где же они? S0 представляют собой популяцию галактик, которая накопилась в ядрах богатых скоплений за последние 5 млрд лет космической истории. Одна теория утверждает, что S0 – потомки того, что когда-то было большими спиральными галактиками: они упали в скопление и перестали рождать звезды либо в результате откачки газа под действием «давления поршня», либо из-за потери газа в ходе погружения в суровую горячую атмосферу кластера. Со временем эти галактики собрались в ядре скопления, на дне гравитационной ямы – там, где они «пассивно» развивались.

Загадка заключается в том, что оптические исследования не обнаружили популяцию больших спиральных галактик с достаточно высокой скоростью звездообразования, которые могли бы превратиться в S0. Видите ли, S0 – это действительно довольно массивные галактики с большими звездными балджами. Для превращения типичной спиральной галактики в S0 требуется дополнительный рост звездной массы, особенно в области балджа. Если заглянуть в прошлое, количество звездообразующих спиральных галактик в скоплениях действительно растет, компенсируя отсутствие S0, но исследования оптического света все же ясно показывают, что у этих галактик не было ударного звездообразования, который позволил бы им эволюционировать в S0. Некоторые исследования, в которых я принимал участие, пытались решить эту проблему: мы начали поиск звездообразующих галактик в отдаленных скоплениях, которые могут быть скрыты пылью, в результате чего скорость их звездообразования ранее была недооценена. В нашем эксперименте использовались возможности космического телескопа «Спитцер» для получения изображений в среднем инфракрасном диапазоне, чтобы составить карты нескольких больших скоплений с красным смещением около 0,5 (наблюдаемых в прошлом – около 5 млрд лет назад). Цель работы была проста: поиск галактик с ярким инфракрасным излучением и, следовательно, с высокой скоростью звездообразования должен был выявить популяцию, галактики которой находятся на этапе перехода от спиральной формы к линзовидной.