Галактический ветер объяснил гибель «мертвых» галактик в ранней Вселенной

Современные наблюдения космической обсерватории «Джеймс Уэбб» всё чаще находят в ранней Вселенной массивные «мёртвые» галактики — объекты, которые практически перестали рождать новые звёзды. Этот феномен долгое время оставался загадкой: как галактика могла исчерпать свои запасы газа, когда сама Вселенная была ещё молода? Теперь международная группа астрономов впервые получила прямые доказательства того, что ключевую роль в этом процессе играет мощный галактический ветер.

Газовый шлейф длиной 22 800 световых лет

Объектом исследования стала система CRISTAL-02, наблюдавшаяся в состоянии, соответствующем 1,1 миллиарда лет после Большого взрыва. Эта галактика активно формирует звёзды — примерно 260 солнечных масс в год, что втрое выше среднего уровня для аналогичных объектов той эпохи. Сейчас она переживает слияние нескольких галактических фрагментов, внутри которых расположены крупные области интенсивного звездообразования.

Проследив распределение холодного газа по излучению ионизированного углерода с помощью радиоинтерферометра ALMA и изучив движение ионизированного газа через данные «Джеймса Уэбба», учёные обнаружили гигантский газовый «шлейф», протянувшийся от галактики на 22 800 световых лет. Газ в этой структуре движется в сторону Земли с высокой скоростью и турбулентностью — характерными признаками выброса вещества.

Ветер быстрее, чем рождение звёзд

Выброс газа имеет форму двух конусов, направленных от области наиболее активного звездообразования — геометрия, хорошо знакомая астрономам по близким галактикам, где сверхновые и молодые звёзды создают так называемые суперветры. В газе также обнаружены следы ударных волн. Максимальная скорость потока достигает примерно 640 километров в секунду, а с учётом ориентации системы может превышать 1000 километров в секунду. Это сопоставимо со скоростью убегания из галактики, так что значительная часть газа может навсегда покинуть её.

Общая масса выброшенного газа составляет около 1,5 миллиарда солнечных масс. Скорость уноса вещества — более 500 солнечных масс в год, что вдвое превышает скорость, с которой галактика превращает газ в новые светила. Если процесс продолжится и запасы не будут пополняться, вся молекулярная «кладовая» галактики может быть исчерпана менее чем за 100 миллионов лет.

Примечательно, что в CRISTAL-02 не обнаружено признаков активного ядра — сверхмассивной чёрной дыры, которая обычно генерирует подобные ветры в современных галактиках. Спектральные анализ показал, что главным двигателем здесь служат молодые звёзды и взрывы сверхновых. Энергия, выделяемая последними, практически совпадает с энергией наблюдаемого потока газа.

Сравнив новый объект с почти сотней известных галактических ветров разных эпох, исследователи пришли к неожиданному выводу: несмотря на колоссальную разницу во времени — около 12 миллиардов лет космической истории, — эффективность звёздных ветров практически не изменилась. Это значит, что механизмы звёздной обратной связи работали в юной Вселенной так же, как и сегодня.

CRISTAL-02, вероятно, представляет собой редкий момент перехода от бурного роста к угасанию. Сейчас галактика переживает вспышку звездообразования, вызванную слиянием, но одновременно мощный ветер уже начинает лишать её топлива. Именно такие процессы, по мнению авторов работы, могли породить первые массивные спящие галактики, которые сегодня находят в ранней Вселенной.