Астрономы обнаружили новые подробности о формировании звезд в древних галактических протокластерах

Команда астрономов из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ) и SOKENDAI (Университет перспективных исследований, Япония) отслеживает структуры скорости и газообразную металличность в галактиках в двух протокластерах, расположенных в направлении созвездия Змеи. Они появляются вокруг радиогалактик PKS 1138-262 (на красном смещении 2,2, рис 1) и USS 1558-003 (на красном смещении 2,5). Команда пришла к выводу, что они находятся в процессе формирования кластера, что привело к современным скоплениям галактик.

Ближний инфракрасный спектрограф MOIRCS является очень эффективным для изучения, ориентированного на далекую раннюю Вселенную, потому что сильные эмиссионные линии от звездообразующих галактик являются красным смещением от оптической к ближнему инфракрасному режиму. Это дает астрономам уникальную возможность исследовать эти события.

Основываясь на данных MOIRCS, команда оценила, что оба протокластера имеют вес около 10^14 масс Солнца (рис 2). Они придерживаются истории типичного возрастания масс сегодняшних самых массивных скоплений, таких как скопление Кома. Это делает оба протокластера идеальными лабораториями для изучения ранней фазы формирования галактик в уникальной кластерной среде.

Металличность газов в галактиках протокластера была изучена с использованием нескольких спектральных линий, испускаемых ими. Результат показывает, их газообразная металличность химически обогащена по сравнению с галактиками в общих областях (рисунок 3). Металлы (элементы, тяжелее водорода и гелия) создаются в недрах звезды, когда они развиваются, и затем выбрасываются в окружающий газ благодаря взрывам сверхновых или звездному ветру (часто упоминается как химическое извлечение, рисунок 4а).

Результат также предполагает, что галактика формировалась уже под влиянием условий окружающей среды в эпоху, когда активность звездообразования была наиболее активной во Вселенной. Это была бы ранняя фаза сильных воздействий окружающей среды, увиденная в настоящем скоплений галактик.

Чтобы объяснить избыток металличности в протокластерах, члены команды обратили внимание на экологические последствия механизмов притока и оттока в процессе формирования галактик. Последние работы сообщают, что деятельность притока и оттока была наиболее значимой одиннадцать миллиардов лет назад (на красном смещении ~2), и была примерно в сто раз более активной по отношению к происходящей в локальной вселенной.

Скопления галактик являются крупными самогравитирующими системами, в которых галактики и ионизированный газ связаны огромным количеством темной материи. В таких уникальных, плотных средах, галактики движутся со скоростью около 1 000 километров в секунду. Благодаря такой высокой скорости, галактики подвергаются воздействию высокого давления из межкластерной среды.

В результате, наружные участки с относительно низкой металличности удаляются. В этом случае, газообразная металличность становится выше, поскольку процесс химического обогащения происходит в основном в богатых металлами центральных областях (рисунок 4б). Другая возможность состоит в том, что окруженная высоким давлением межкластерная среда предотвращает побег выходящего газа из галактик (рисунок 4в). Это также приводит к более высокой газообразной металличности галактических кластерах.