Древнее топливо

Древнее топливо
Моделирование галактики со снабжающими ее газом потоками
(phys.org)
Астрономам удалось обнаружить потоки холодного молекулярного
водорода,
исходного
древнего
топлива
для
первых галактик,
образовавшегося в результате Большого взрыва.
Такие потоки считаются очень важными для периода становления
структур нашей Вселенной десять миллиардов лет назад. Это время
отмечается очень активнымзвездообразованием и ростом первых галактик.
Открытие
было
сделано
под
руководством
Нила
Крайтона,
сотрудника Института астрономии Общества имени Макса Планка. Оно,
впрочем, оказалось возможным исключительно благодаря совпадению.
Яркий квазароказался на линии наблюдения позади галактики, и его
мощные лучи осветили тусклые потоки холодного молекулярного водорода,
практически не имеющие собственного излучения. Для наблюдения
использовался один из телескопов обсерватории Кека. Вообще, аппараты
этой
обсерватории
регулярно
используются
совместно
с Большим
бинокулярным телескопом для наблюдения систем, поглощающих свет
ярких фоновых объектов.
Около десяти миллиардов лет назад Вселенная была в пять раз моложе,
чем сейчас. Протогалактики в это время были чрезвычайно активны,
скорость прироста звезд в них была в тысячу раз выше, чем сейчас. Для этого
они использовали богатые запасы водорода, одного их двух газов,
образованных при Большом взрыве. Процессы использования этого топлива
для роста галактик стали доступны только в течение последних десятилетий
за счет прогресса в вычислительной технике. Приходится проводить
ресурсоемкое моделирование Вселенной. Такое моделирование показывает,
что у галактик в самом деле мог быть постоянный и богатый источник
молекулярного газа – очень тонкие его потоки, которые снабжали галактики
постоянно и при подходящей пропускной способности.
Галактика NGC 1300 (wikipedia.org)
Однако оказалось, что подтверждение этих полученных с трудом
численных результатов является еще большей проблемой. Газ снабжал
галактики настолько тонкими струйками, что заметить его было бы сложно
даже в намного более молодой галактике. Именно поэтому приходится
искать источники освещения.
Квазары представляют собой очень короткую фазу в жизни галактики.
В это время они являются одними из самых ярких объектов во Вселенной за
счет сияния материи, падающей на сверхмассивную черную дыру в центре.
При этом наиболее мощное излучение, а также потоки материи,
наблюдаются на полюсах вращающегося аккреционного диска черной дыры.
Поэтому для наблюдения потоков холодного газа в далекой Вселенной
требуется очень маловероятное совпадение.
Квазар должен находиться точно за галактикой, и ориентация его
черной дыры должна быть подходящей. Если астрономам повезет, и это
случится, то излучение квазара пройдет через газ и будет частично
поглощено им, причем поглощение будет разным на разных длинах волн в
зависимости от химического состава газа, его плотности и температуры. Если
на пути излучения не будет других серьезных препятствий, то указанные
свойства удается реконструировать. Пример галактики Q1442-MD50 оказался
одним из самых удачных. Расстояние до этой галактики составляет 11
миллиардов световых лет. Резервуар молекулярного газа находится на
расстоянии 190000 световых лет от галактики, что совсем немного на
галактических
масштабах.
Излучение
фонового
квазара
QSO
J1444535+291905 позволило изучить даже силуэт этого запасника топлива
для новых звезд.
Галактика 1316 (wikipedia.org)
Принадлежность этого газа к древнейшему материалу для рождения
звезд была установлена по линиям поглощения дейтерия, тяжелого изотопа
водорода. Как и обычный водород и гелий, дейтерий был рожден в очень
горячей и плотной молодой Вселенной, в которой был возможен
термоядерный синтез. Все более тяжелые элементы были затем произведены
также при термоядерном синтезе, но уже внутри звезд.
Однако
экстремальные
физические
условия
внутри
звезд,
благоприятные для рождения тяжелых элементов, совершенно не подходят
для дейтерия, который моментально разрушается. Таким образом, наличие
дейтерия в молекулярном облаке однозначно указывает на его древнее
происхождение. Это не первый случай, когда около галактики обнаружен
молекулярный
газ. Однако
впервые повезло
со
всеми
элементами
головоломки: галактика очень активно рождает звезды, а газ является
исходным материалом во Вселенной.
Открытие стало результатом систематического обзора галактик, на
фоне которых находятся квазары. Для того, чтобы найти Q1442-MD50
понадобилось рассмотреть выборку всего из 12 галактик. Соотношение числа
более-менее спокойных и одной активно рождающей звезды галактик
находится в соответствии с текущими теориями эволюции галактик, хотя,
конечно, выборка очень мала. Авторы исследования надеются найти десяток
примеров похожих галактик, чтобы можно было делать уверенные выводы.
Пока что есть два важных фактора, указывающих на актуальность
результата. Во-первых, резервуар газа содержит почти исключительно
водород. Другие подобные наблюдения для галактик с большим красным
смещением обычно имели дело с газом с примесями тяжелых элементов.
Такой газ частично непригоден для образования звезд и в любом случае
представляет более поздние стадии эволюции галактик. Во-вторых, кроме
притока газа, был обнаружен также поток от галактики. Это типичная
ситуация для более старых, а значит лучше видных и изученных, галактик.