Обсерватория Чандра помогает объяснить явление "красных и мёртвых галактик"

С помощью рентгеновской обсерватории Чандра учёные нашли объяснение существования так называемых "красных и мёртвых галактик", в которых практически прекратился процесс звездообразования, несмотря на то, что они содержат огромное количество холодного газа. Это связано с деятельностью сверхмассивных чёрных дыр, находящихся в ядрах этих галактик.

Рентгеновская обсерватория Чандра помогла приоткрыть завесу тайны, почему гигантские эллиптические галактики имеют малое количество молодых звёзд или не имеют их вообще. Новая информация подчеркивает важное значение в эволюции галактик сверхмассивных чёрных дыр.

Поскольку активность звездообразования во многих огромных эллиптических галактиках достигает крайне низкого уровня, данные галактики главным образом содержат маломассивные звёзды-долгожители, выглядящие красными в оптическом диапазоне. Поэтому эти галактики были названы астрономами "красными и мертвыми".

Прежде считалось, что в красных и мёртвых галактиках не содержится достаточного количества холодного газа (звездообразующего топлива), это помогло бы объяснить отсутствие новых звезд. Однако с использованием космической обсерватории Гершель (Herschel) астрономы обнаружили в некоторых огромных эллиптических галактиках поразительно большое содержание холодного газа. В выборке, включающей восемь галактик, шесть имеют огромные резервуары холодного газа. Учёные впервые увидели такое обилие холодного газа в эллиптических галактиках-гигантах, которые расположены не в центре массивного галактического кластера.


С таким значительным количеством холодного газа ожидалось бы формирование в этих галактиках множества звёзд, однако наблюдается совершенно обратное явление. Чтобы понять это противоречие, учёные исследовали галактики с использованием также радиоволн и рентгеновских лучей. Наблюдения обсерватории Чандра сопоставляют плотность и температуру горячего газа в данных галактиках. Для шести эллиптических галактик, имеющих обилие холодного газа, включая показанные на изображении NGC 4636 и NGC 5044, данные в рентгеновском диапазоне явились подтверждением того, что горячий газ остывает, создавая источник холодного газа, наблюдаемого телескопом Гершель. Тем не менее, процесс охлаждения останавливается прежде, чем холодный газ начинает сжиматься, формируя звёзды. Что же препятствует процессу звездообразования?

Подсказку дают изображения от телескопа Чандра. Горячий газ в центрах этих шести галактик с резервуарами холодного газа, вероятно, возбуждён (ионизирован) намного сильнее, чем в системах без холодного газа. Это признак того, что вещество было выброшено из областей вокруг центральной чёрной дыры. Возможно, эти выбросы вызваны, в частности, плотным холодным газом, втянутым в чёрную дыру. Значительная часть энергии от этих извержений вещества поступает в центр галактики и соприкасается с холодным газом, и это препятствует ещё большему охлаждению холодного газа до достаточной температуры, при которой формируются звёзды.

NGC 1399 и NGC 4472, остальные галактики в выборке, также образуют незначительное количество звёзд, но они имеют совсем иное строение. В них не наблюдается наличие холодного газа, а нагретый газ в их центральных регионах распределён намного более равномерно. Помимо этого, в них обнаружены мощные струи высокоэнергетических частиц, как показано на радио-изображениях от обсерватории Very Large Array Национального научного фонда имени Карла Янского. Эти струи, возможно, обусловлены поступлением горячего газа в супермассивные центральные чёрные дыры. Соприкасаясь с окружающим горячим газом, струи образуют в нём огромные полости, наблюдаемые на изображениях телескопа Чандра, и они могут привести к ещё большему нагреву горячего газа, испускающего рентгеновское излучение, не давая ему остыть, превратиться в холодный газ и сформировать звёзды. Центры галактик NGC 1399 и NGC 4472 в рентгеновских лучах выглядят более равномерными, чем у других исследуемых галактик, возможно, благодаря тому, что их более сильные струи создают полости в газе дальше от центра, где слабее рентгеновское излучение, оставляя их светящиеся ядра нетронутыми.

Статья с результатами исследований опубликована в выпуске журнала «Ежемесячные заметки Королевского астрономического общества» от 25 февраля 2014 года и доступна в сети Интернет. Первый автор работы – Норберт Вернер, Стэнфордский университет, Калифорния.

ЗХЖ