Почему некоторые галактики зелёные?

Группа астрономов под руководством Миши Ширмера (Mischa Schirmer) из Обсерватории Джемини отыскала шестнадцать галактик, отличительной чертой которых оказался испускаемый ими необычный зелёный свет.

Всё началось с обнаружения галактики J224024,1−092748 (или просто J2240) в созвездии Водолея, которую мы видим такой, какой она была 3,7 млрд лет назад. На одном из изображений, полученных Канадско-франко-гавайским телескопом, г-н Ширмер наткнулся на объект, вид которого заставил его остолбенеть: он выглядел как галактика, но был ярко-зелёным. Это совершенно непохоже ни на одну из галактик, виденных астрономом раньше, нечто абсолютно неожиданное в наши дни, когда накоплен огромный опыт работы с галактиками. Учёный немедленно подал заявку на наблюдения находки при помощи более мощного Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории, чтобы выяснить, что вызывает это необычное свечение.

В центре видна галактика J224024,1−092748 — первая из зелёных. Своим цветом она обязана ионизации от излучения сверхмассивной чёрной дыры в центре. (Здесь и ниже иллюстрации CFHT.)

После этого открытия группа просмотрела список почти миллиарда галактик и нашла ещё 16 объектов с похожими свойствами, что было подтверждено дополнительными наблюдениями на телескопе «Джемини-Юг». Эти галактики оказались так редки, что в кубе пространства наблюдаемой Вселенной с ребром в 1,3 млрд световых лет (примерно 2,2 октиллиона кубических световых лет) в среднем находится всего один такой объект. Новый класс галактик назвали «зелёной фасолью» (green bean galaxies) — во-первых, из-за цвета, а во-вторых, потому что внешне они напоминают галактики типа «зелёного горошка», только крупнее их.

Так что же порождает столь странное свечение? Во многих обычных галактиках вещество вокруг сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в ядре, интенсивно излучает в рентгеновском диапазоне и тем самым ионизирует газ (кислород) в окружающем пространстве, заставляя его ярко светиться. Тем не менее в типичных активных галактиках такие области обычно малы, не больше 10% от диаметра галактики. А наблюдения J2240 и ещё полутора десятка «зелёных фасолин», открытых в ходе исследования, показали, что у них эта область почему-то разрослась до громадных размеров и занимает весь объём галактики. Конкретно у J2240 она вообще чуть ли не самая большая и яркая изо всех известных. Ионизированный кислород там светится ярко-зелёным светом, что и объясняет странный цвет галактики, замеченный астрономами.

«Эти светящиеся области — фантастически удачная возможность попытаться понять физику галактик. Всё равно что вставить медицинский термометр в далёкую галактику, — рассуждает Миша Ширмер. — Обычно эти области небольшие и неяркие, и видны только в близких галактиках. А тут они такие огромные и яркие, что, несмотря на огромные расстояния, их можно наблюдать во всех деталях».

Дальнейший анализ дополнительных данных, полученных в ИК-диапазоне, поставил исследователей перед ещё одной загадкой. Оказалось, что чёрная дыра в центре J2240, предположительно, ионизирующая кислород на огромном расстоянии, гораздо менее активна, чем это ожидалось на основании размера и яркости светящейся области. Астрономы считают, что дело тут в инерционности реакции межзвёздного газа на излучение СМЧД: светящиеся области отражают то давно пройденное состояние центральных чёрных дыр, когда последние были гораздо более активны. В будущем же ярко-зелёное свечение в J2240 станет постепенно затухать, по мере того как остаточное излучение пройдёт сквозь газовые облака и рассеется в пространстве.

Галактики, в которых активность центральной области угасает, как это происходит в J2240, находятся в очень быстротекущей фазе своей жизни. В ранней Вселенной галактики в целом были гораздо активнее, в их центрах быстро «набирали вес» массивные чёрные дыры, которые заглатывали окружающие звёзды и газ, при этом их аккреционные диски ярко сияли, с лёгкостью производя в 100 раз больше световой энергии, чем все звезды обычной галактики вместе взятые. «Световое эхо», подобное тому, которое мы видим в J2240, позволяет астрономам изучить стремительную остановку активности этих объектов, понять, как, когда и почему затухает их энерговыделение, а также попробовать выяснить, почему мы видим так мало подобных объектов в более молодых галактиках. Этим группа г-на Ширмера и собирается заниматься, дополняя полученные данные рентгеновскими и спектроскопическими наблюдениями.

Отчёт об исследовании будет опубликован в Astrophysical Journal, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Европейской южной обсерватории.