В карликовых галактиках не хватает кислорода: Hubble выяснил, что его выдувают звёздные ветры

Космический телескоп NASA Hubble раскрыл загадку в нашем космическом соседстве. В статье, опубликованной в понедельник в The Astrophysical Journal, исследователи, использовавшие Hubble, изучили 37 близких карликовых галактик — небольших галактик, содержащих от нескольких тысяч до сотен миллионов звёзд, — и обнаружили, что большая часть кислорода, который они ожидали увидеть, отсутствует.

Симуляции предсказывают, что значительно больше кислорода — индикатора более широкого набора тяжёлых элементов — должно находиться в этих галактиках. Так куда же он делся? «Кислород производится звёздами, которые находятся внутри галактик. Мы знаем, что кислород должен был быть внутри галактик в какой-то момент в прошлом, поэтому кислород должен был быть выброшен, — сказала соисследователь Грейс Телфорд, доцент кафедры физики и астрономии Университета Юты. — И для этого нужна энергия массивных звёзд и взрывов сверхновых, чтобы вытолкнуть материал из галактик-хозяев в пространство между галактиками».

Галактические ветры, вызванные сверхновыми, по-видимому, более эффективно удаляют кислород из маломассивных галактик, чем предсказывают текущие модели, согласно новому исследованию. Находки показывают, что карликовые галактики могут удерживать лишь небольшую часть кислорода, произведённого их звёздами.

В проекте «Галактики, теряющие кислород через ветры» (GLOW), финансируемом NASA и Национальным научным фондом, учёные проследили кислород, чтобы понять, как он распределяется внутри звёзд, в газе между звёздами и в пространстве между галактиками. Но почему из всех элементов в галактиках изучать именно кислород? Кислород, самый распространённый элемент после водорода и гелия, относительно легко обнаружить и измерить, и его производство хорошо понято — что делает его надёжным индикатором того, как химические элементы распределяются в галактике.

«Так что это действительно по практическим причинам, что мы выбрали кислород, — сказала Кристен Уингфилд Маккуинн, главный исследователь GLOW и руководитель Центра научных операций для недавно запущенного панорамного космического телескопа NASA имени Нэнси Грейс Роман в Научном институте космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. Она также является доцентом Ратгерского университета в Нью-Брансуике, штат Нью-Джерси. — Кислород — один из основных элементов, формируемых звёздами. Возможность проследить, сколько кислорода производится, а затем сколько распределяется внутри и за пределами галактик, помогает нам понять эволюцию галактик. Это также помогает нам узнать, где и сколько галактики обогащают пространство между галактиками, называемое межгалактической средой».

Исследование использовало архивные данные оптической визуализации Hubble, чтобы разрешить звёздные населения и определить истории звездообразования и составы. Наряду с данными вышедшего на пенсию космического телескопа NASA Spitzer, а также наземных Очень большого массива и Австралийского компактного массива телескопов, исследователи проанализировали 37 близких карликовых галактик, чтобы проследить атомы кислорода, произведённые звёздами.

Команда хотела понять, как кислород распределяется по звёздам, газу и пыли в галактиках. Эти карликовые галактики были выбраны потому, что их массы попадают в диапазон, где симуляции и теория предсказывают, что всё большее количество их кислорода будет выбрасываться из галактик через взрывы сверхновых. Эти 37 галактик также все достаточно близки, чтобы Hubble мог разрешить их отдельные звёзды. Это неверно для подавляющего большинства известных карликовых галактик, которые слишком далеки для такого рода исследований.

Хотя астрономы уже подозревали, что галактики выбрасывают большую часть кислорода и других тяжёлых элементов, открытым вопросом оставалось, где эти металлы оказываются. Предыдущее исследование 2014 года рассматривало этот вопрос для галактик, подобных Млечному Пути, и обнаружило, что эти галактики потеряли большую часть своего кислорода, часть которого находится в диффузных гало газа, окружающих галактики за пределами их дисков, называемых окологалактической средой.

В исследовании GLOW Маккуинн и её команда расширили это исследование на маломассивные галактики по широкому диапазону масс и сред. Хотя предыдущие команды измеряли кислород в окологалактической среде карликовых галактик, до сих пор неясно, находится ли большая часть пропавшего кислорода в этой области или он был полностью выброшен из окрестностей галактики.

В будущем Маккуинн надеется изучить ещё более маломассивные галактики в ближней Вселенной. У неё есть одобренная программа по использованию телескопа Роман, чтобы найти эти тусклые и крошечные системы на широком участке неба. Как только она идентифицирует эти галактики, Маккуинн надеется использовать Hubble и космический телескоп NASA имени Джеймса Уэбба, чтобы получить более глубокие наблюдения их звёзд. Это позволило бы ей реконструировать истории галактик, чтобы понять, как они формировали звёзды на протяжении космического времени.

Будущая работа Телфорд включает использование Hubble, чтобы приблизиться к отдельным массивным звёздам, которые производят кислород и выбрасывают его из галактик-хозяев. Она использует некоторые из близких целей GLOW, чтобы получить очень детальные наблюдения, чтобы охарактеризовать, чем массивные звёзды отличаются в этих малых галактиках.

Космический телескоп Hubble работает более трёх десятилетий и продолжает делать прорывные открытия, которые формируют наше фундаментальное понимание Вселенной. Hubble — проект международного сотрудничества между NASA и Европейским космическим агентством. Центр космических полётов NASA имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, управляет телескопом и операциями миссии. Компания Lockheed Martin Space, базирующаяся в Денвере, также поддерживает операции миссии в Годдарде. Научный институт космического телескопа в Балтиморе, которым управляет Ассоциация университетов для исследований в астрономии, проводит научные операции Hubble для NASA.

Вопрос, который остаётся: если карликовые галактики теряют большую часть своего кислорода, то куда именно он уходит — остаётся ли он в окологалактической среде или выбрасывается далеко за пределы галактики? И не окажется ли, что этот процесс влияет на то, как формируются новые звёзды и планеты в малых галактиках?