FAST и DESI меняют наш взгляд на космическую эволюцию. Фото: Национальные астрономические обсерватории Китая и Шанхайская астрономическая обсерватория CAS.
Как сообщает наш новостной сайт, астрономы зафиксировали любопытное противоречие, способное повлиять на базовые представления о судьбе галактик. За последние 4,5 миллиарда лет темп образования новых звёзд во Вселенной сократился более чем вдвое, однако сокращение запасов одного из главных источников «звёздного сырья» оказалось на удивление скромным. Запасы нейтрального атомарного водорода HI, которые считаются одним из ключевых резервуаров газа в галактиках, уменьшились за это же время лишь ненамного.
Международная исследовательская группа, возглавляемая учёными Китайской академии наук (CAS) и работающая в рамках проекта DESI (спектроскопический прибор тёмной энергии), использовала для подобных замеров китайский сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой (FAST). Благодаря выдающейся радиочувствительности этого инструмента и массиву данных оптической спектроскопии, собранному DESI, удалось проследить, как изменялось количество нейтрального атомарного газа в галактиках на протяжении тех же 4,5 миллиарда лет. Подробности исследования были размещены в открытом доступе в журнале Nature Astronomy 1 сентября.
Газ на месте, но звёзды не рождаются: главный парадокс современной космологии
Гипотеза о том, что звёздное «производство» замедляется из‑за нехватки холодного газа, долгое время считалась почти самоочевидной. Ведь для появления нового светила необходимы плотные облака межзвёздного вещества, и логично было бы предположить, что их истощение автоматически влечёт спад рождаемости звёзд. Однако астрономические данные эту стройную картину опровергают: резкому падению темпов звездообразования сопутствует лишь незначительное сокращение запасов доступного газа.
Центральная роль в этой загадке отводится нейтральному атомарному водороду — газу, обозначаемому как HI. Он образует важный резервуар холодного вещества внутри галактик, связывая обширные космические запасы газа с процессами, которые в конечном итоге приводят к формированию новых звёзд. Обычно присутствие HI выдают по чрезвычайно слабой 21-сантиметровой линии радиоизлучения, однако от далёких галактик этот сигнал уловить крайне трудно: шумовые помехи нередко полностью его маскируют.
На протяжении многих лет перед наблюдателями стояла, казалось бы, неразрешимая дилемма. С одной стороны, глубокие точечные обзоры обладали нужной чувствительностью, но охватывали слишком небольшие участки неба. С другой — масштабные обзоры, способные запечатлеть значительные области космоса, не имели достаточной чуткости, чтобы регистрировать столь слабое радиоизлучение. Именно поэтому учёные не могли напрямую и достоверно определить, как менялась суммарная масса HI во Вселенной на относительно поздних этапах её развития.
Обойти это ограничение удалось, соединив уникальные возможности FAST с данными оптической спектроскопии, собранными DESI. Проанализировав около 2,5 миллиона галактик, распределённых по огромной области неба, исследователи применили метод сложения спектров: индивидуальные сигналы были слишком слабыми, чтобы рассматривать их по отдельности, но после выравнивания по точным красным смещениям и суммирования этих сигналов удалось выделить усреднённое излучение нейтрального водорода, буквально «вытащив» его из фонового шума. Столь масштабная выборка обеспечила результатам исключительно высокую статистическую значимость.
Итоговые цифры наглядно демонстрируют асимметрию эволюционных процессов. В эпоху, отстоящую от нас примерно на 4,5 миллиарда лет, скорость появления новых звёзд была в 2,5 раза выше нынешней. При этом содержание нейтрального атомарного водорода в те времена превышало современный уровень лишь в 1,4 раза. Иными словами, темп звездообразования обвалился, тогда как запас главного «топлива» убавился не столь существенно.
Сделанное открытие не позволяет объяснить упадок звездообразования стремительным истощением запасов нейтрального водорода. Похоже, газ продолжает существовать, однако условия, необходимые для его превращения в новые светила, меняются иным образом. Это смещает фокус научного поиска: вместо вопроса «истощается ли газ?» исследователям всё чаще приходится задаваться вопросом, почему при практически сохранённом резервуаре вещества рождение звёзд становится всё более затруднительным.
ать звезды, несмотря на обильные запасы нейтрального Великобритании».
Звезды не происходят непосредственно из большей части нейтрального атомарного Великобритании. В основном они рождаются внутри гораздо более плотных облаков молекулярного газа. Нейтральный атомарный водород играет важную роль в промежуточном положении между более крупными запасами газа во Вселенной и молекулярным водородом, который в конечном итоге может обеспечить образование звезд.
Исследователи предполагают, что важнейшие изменения в более позднем мире могут произойти благодаря тому, как газ движется по барионному циклу, а не с тем, сколько HI существует в целом.
поскольку поток газа из космоса становится слабее, световой газ становится вытягиваемым, галактики могут менее эффективно преобразовывать HI в молекулярный водород. Согласно этой сценарию, общий резервуар HI может оставаться относительно стабильным, в то время как запасы молекулярного газа, непосредственно ответственного за создание звезды, постепенно снижаются.
Почему звездные фабрики вселенной угасают
Таким образом, последствия влияют на рамки простого определения численности населения во Вселенной. Полученные данные дают новый ключ к пониманию того, почему образование звезд во Вселенной постепенно замедляется.
По данным наблюдения, объединение исследований FAST и DESI обеспечивает новый наблюдательный ориентир для изучения космического газового цикла во время более поздней эволюции Вселенной, долгосрочного течения звездообразования и более высоких процессов, формирующих галактики.
Исследование ученых из Национальной астрономической обсерватории Китая, Шанхайской астрономической обсерватории CAS и Шанхайского университета Цзяо Тонг совместно с исследователями, работающими в DESI.
Авторы прибыли из исследовательских институтов Азии, Северной Америки и Европы. Сотрудничество обеспечивает научный потенциал объединения высокочувствительных радионаблюдений с пультами исследований оптической спектроскопии.