Зеленое сияние древних галактик удивляет ученых

Subaru глубокое изображение поля

На этом изображении показаны результаты глубокого обзора с помощью телескопа Subaru. Новый анализ использовал изображение глубокого поля Subaru для определения местоположения почти 1300 далеких галактик. Затем анализ объединил УФ-излучение этих галактик, чтобы узнать об их составе. На снимке также можно увидеть несколько ярких сверхновых. (Изображение предоставлено: телескоп Subaru, NAOJ)





ВИНОГРАД, Техас. Похоже, на другом конце Вселенной галактики более зеленые. Новый анализ показывает, что некоторые из самые далекие галактики когда-либо наблюдаемые, излучают зеленый свет, и это открытие может сильно повлиять на разрабатываемые модели этих ранних галактик.

«Эти галактики просто излучают очень характерный, интенсивный зеленый свет», - сказал Мэтт Малкин, профессор физики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, руководивший новым исследованием, 8 декабря во время пресс-конференции в 229-е заседание Американского астрономического общества.

Исследователи видели такой же зеленый свет, исходящий от нескольких галактик в соседней Вселенной, но, по словам Малкина, «шокирующая» часть нового анализа заключается в количестве задействованных галактик: зеленый свет, который исследователи наблюдали в Новое исследование, похоже, исходит от большинства или всех галактик, которые сформировались в первые 1 или 2 миллиарда лет существования Вселенной. Это открытие является еще одним свидетельством того, что ученые не до конца понимают многие характеристики звезд и галактик, существовавших в этот ранний период. время жизни вселенной . К счастью, это эпоха, которую осветят несколько будущих телескопов. [ История и структура Вселенной (инфографика) ]



Быть зеленым

Зеленый цвет - нетипичный цвет для галактики. Большинство галактик что, по наблюдениям ученых, имеет тенденцию быть беловатого цвета с небольшими отклонениями - некоторые могут иметь красный, оранжевый или желтый оттенок, если они содержат много холодных красных звезд; другие кажутся голубовато-белыми, если содержат много горячих, короткоживущих синих звезд. Области с большим количеством горячего газа также могут иметь яркие, отчетливые цвета. Например, области недавнего тяжелого звездообразования, такие как Туманность Ориона , может излучать розоватое свечение, создаваемое присутствием водорода. (Благодаря методике, называемой спектроскопией, ученые могут смотреть на свет от объекта и выяснять, какие химические вещества присутствуют в нем.)

Изображение компактной галактики в виде зеленого горошка J0925 + 1403, полученное космическим телескопом Хаббл. Диаметр галактики составляет примерно 6000 световых лет, и она примерно в двадцать раз меньше Млечного Пути.

Изображение компактной галактики в виде зеленого горошка J0925 + 1403, полученное космическим телескопом Хаббл. Диаметр галактики составляет примерно 6000 световых лет, и она примерно в двадцать раз меньше Млечного Пути.(Изображение предоставлено НАСА)



Но в относительно близкой Вселенной есть несколько исключений: несколько карликовых галактик с высокими темпами звездообразования, известных как «галактики зеленого горошка», которые были идентифицированы в рамках проекта гражданских ученых «Зоопарк Галактики». Зеленоватый оттенок исходит от атомов кислорода, у которых оторвано два электрона (символ этого типа атома кислорода - O ++).

По словам Малкина, для того, чтобы звезда вырабатывала достаточно энергии для двойной ионизации атомов кислорода, она должна иметь температуру около 50 000 Кельвинов; самые горячие известные звезды во Вселенной достигают температуры 50 000 или 60 000 Кельвинов. Возможно, у этого зеленого горошка необычно большое количество очень горячих звезд, которые посылают свою энергию через богатые кислородом газовые облака и наносят твердый удар атомам кислорода в них, удаляя два электрона из атомов. Но полное объяснение того, как галактики типа «зеленый горошек» производят такое большое количество этих конкретных типов атомов кислорода, все еще остается предметом споров. заявление из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе о новой работе.

Зеленый горошек составляет менее одной сотой процента известных галактик. Все галактики, которые изучали Малкин и его коллеги, очень, очень далеки, и поскольку свету требуется время, чтобы путешествовать в космосе, это означает, что астрономы видят эти галактики такими, какими они были давным-давно. Свет галактик, которые изучают Малкин и его команда, был испущен около 11 миллиардов лет назад, когда Вселенной было всего 2 или 3 миллиарда лет.

Эти ранние галактики были немного менее загромождены химическим составом, чем современные. Печь в центре звезды сплавляет атомы вместе, создавая такие вещества, как углерод, железо и кислород. Когда массивные звезды умирают, они взрываются и распространяют эти элементы в космос, и эти взрывы также могут сжимать и нагревать материал, создавая более тяжелые элементы. После более чем 10 миллиардов лет звездообразования и гибели звезд современные галактики представляют собой богатую смесь тяжелых элементов (астрономы характеризуют эти звезды как имеющие «высокую металличность») - состояние, которого не было в этих молодых галактиках.

Когда эти тяжелые элементы находятся внутри звезды, они имеют тенденцию поглощать энергию, исходящую из внутренней печи звезды, поэтому звезды в современной Вселенной (где есть более тяжелые элементы) имеют тенденцию быть холоднее, чем звезды в ранней Вселенной. Другими словами, звезды с более низкой металличностью имеют тенденцию быть более горячими и выделяют более высокоэнергетическое излучение, сказал guesswhozoo.com Дэниел Старк, доцент астрофизики в Университете Аризоны, который не участвовал в новом анализе. По словам Малкина, современные галактики, безусловно, могут иметь немного зеленого света, указывающего на атомы O ++, но этот свет не доминирует над цветом галактики.

Если ранние галактики не содержали такого количества тяжелых элементов, то этих очень горячих звезд должно было быть больше. Эта энергия может проходить через богатые кислородом облака межзвездного газа и потенциально создавать более сильное зеленое свечение O ++. Модели этих ранних массивных звезд показывают, что это, вероятно, так, но новое открытие показывает, что зеленый свет в два раза интенсивнее, чем предсказывают модели. Малкин сказал, что модели «зависят от множества неизвестных параметров» и в настоящее время являются довольно упрощенными, но он оценивает, что свет от атомов O ++ «в четыре или более раз сильнее», чем розовый свет от газообразного водорода; большинство моделей предсказывают, что сигнатура водорода должна быть равна или сильнее, чем O ++. (Изучение выпущен ранее в этом году подтвердили наличие кислорода в одной столь же далекой галактике).

Новые результаты Малкина подчеркивают, насколько недостаточно развиты эти модели, сказал Старк.

«Мы можем очень подробно изучить массивные звездные популяции в Млечном Пути. Но звезды, которые присутствуют в ранней Вселенной, вероятно, будут иметь гораздо более низкое содержание металлов », - сказал Старк. «Массивные звезды в системах с такой низкой металличностью остаются очень плохо изученными».

Возможно, что звезды на самом деле «каким-то образом намного горячее, более энергичные, чем даже самые горячие энергичные звезды, с которыми мы знакомы сегодня», - сказал Малкин во время своей презентации на AAS. «Таким образом, они не просто испускают УФ-фотоны, они испускают ультрафиолетовые фотоны с высокой энергией». Это практически рентгеновские лучи, исходящие от этих звезд ».

Для сравнения температура поверхности солнца составляет около 5000 или 6000 Кельвинов, и поэтому центральное тело ближайшей к нам звезды недостаточно горячее, чтобы производить рентгеновские лучи или сбивать два электрона с атома кислорода. (Окружающая корона достигает температуры до миллиона Кельвинов и может производить рентгеновские лучи.)

На этом изображении показана планетарная туманность - очень горячая звезда в конце своей жизни. Зеленоватый оттенок возникает из-за наличия атомов кислорода с удаленными двумя электронами.

На этом изображении показана планетарная туманность - очень горячая звезда в конце своей жизни. Зеленоватый оттенок возникает из-за наличия атомов кислорода с удаленными двумя электронами.(Изображение предоставлено: Брюс Балик (Вашингтонский университет), Джейсон Александр (Вашингтонский университет), Арсен Хаджиан (Военно-морская обсерватория США), Ервант Терциан (Корнельский университет), Марио Перинотто (Флорентийский университет, Италия), Патрицио Патриарчи (Обсерватория Арчетри) , Это)

Зеленое освещение новых телескопов

Одна из причин, по которой модели древних галактик не очень надежны, заключается в том, что эти галактики невероятно далеки, и поэтому их невероятно сложно изучать; просто не так много данных наблюдений, чтобы продолжить. Малкин и его коллеги не могли видеть зеленое свечение отдельных галактик, которые они изучали; сами по себе галактики слишком тусклые. Но, объединив наблюдения из Subaru Deep Field Из 1294 галактик (метод, называемый «суммированием») Малкин и его коллеги смогли увидеть общие характеристики этих галактик. Они были шокированы, когда увидели, что наблюдаемый ими зеленый свет был намного сильнее, чем ожидали их модели; Фактически, это самая сильная эмиссионная линия, излучаемая этими галактиками, а это означает, что, хотя водород должен быть самым распространенным элементом в этих галактиках, в излучаемом ими свете преобладает этот дважды ионизированный кислород.

По словам Малкина, сигнал настолько силен, что его нелегко объяснить несколькими отклонениями; похоже, что большинство молодых галактик, существовавших в этот конкретный момент эволюции Вселенной, излучали этот зеленый свет.

Малкин и Старк заявили, что потребуется телескопы нового поколения, чтобы ответить на основные вопросы об этих звездах и галактиках. Прямо сейчас ученые не могут видеть ультрафиолетовый свет очень высокой энергии, который могут излучать эти галактики. Но космический телескоп Джеймса Уэбба будет чувствителен к зеленому свету, который обнаружили Малкин и его коллеги; инструмент также очень быстро обеспечит достаточно высокое разрешение изучать те далекие галактики индивидуально.

Если это сильное зеленое свечение O ++ действительно характерно для большинства галактик того времени, то ученые могли бы использовать этот сигнал дважды ионизированного кислорода, чтобы определить возраст далеких галактик и подтвердить обнаружение новых галактик того периода в истории Вселенной.

Результаты нового анализа Малкина и его коллег в настоящее время находятся на рассмотрении для публикации.

Следуй за Каллой Кофилд @callacofield . Подписывайтесь на нас @Spacedotcom , Facebook а также Google+ . Оригинальная статья о guesswhozoo.com .