Парадокс, давно обсуждаемый астрофизиками, связан с наблюдениями ранней Вселенной. Телескопы фиксируют большое число уже «завершивших жизнь» массивных галактик, которые по размерам и численности не совпадают с прогнозами классических моделей космической эволюции. Международная группа ученых предложила объяснение без обращения к экзотическим поправкам физики. В центре решения оказался механизм межзвездных ветров, возникающих при столкновениях галактик. Эти потоки способны полностью выносить газ — основу формирования новых звезд.
Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. В ней использованы данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и радиотелескопа ALMA. Объектом наблюдения стала галактика CRISTAL-02, существующая спустя примерно миллиард лет после Большого взрыва. Сейчас она теряет запасы звездного газа под действием чрезвычайно мощного звездного ветра.
Исследование выполнено под руководством Ребекки Дэвис из Технологического университета Суинберна в Мельбурне при участии Деанны Фишер. Ученые анализировали галактику, которая отличается крайне высокой скоростью процессов. CRISTAL-02 формирует звезды примерно в два раза быстрее, чем другие системы аналогичного размера, что сразу выделило ее среди наблюдаемых объектов.
Однако высокоточные изображения показали неожиданную структуру. От галактики тянется гигантский шлейф холодного газа, по длине почти сопоставимый с ее собственными размерами. По мнению авторов, такой след однозначно указывает на выброс вещества в межгалактическое пространство под действием сильного ветра.
Дэвис приводит ключевую оценку: скорость выброса газа в CRISTAL-02 вдвое превышает темпы звездообразования. При сохранении такого режима расчеты показывают, что менее чем за 50 миллионов лет галактика утратит весь газ, необходимый для рождения новых звезд, и перейдет в состояние «мертвой» галактики.
Хотя этот срок кажется значительным в человеческом масштабе, в условиях ранней Вселенной он чрезвычайно короткий. Это хорошо согласуется с проблемой появления большого числа массивных и уже неактивных галактик в эпоху, когда возраст Вселенной составлял около миллиарда лет.
До 2022 года, до начала работы JWST с изображениями далекого космоса, модели не предполагали такого количества «мертвых» галактик на ранних этапах эволюции. Позже появилось несколько объясняющих гипотез. Среди них — предположение о более сильной темной энергии в прошлом, которая могла ускорять развитие и угасание галактик.
Новое исследование предлагает более простую трактовку, основанную на известных процессах. Речь идет о галактических ветрах, возникающих из-за бурной активности самих систем, быстро наращивающих массу и темпы звездообразования.
Особенность CRISTAL-02 связана с ее окружением. Это не изолированная структура, а часть группы взаимодействующих галактик, находящихся на поздней стадии столкновения. Дэвис сравнивает такие области с «очень активными городами», где постоянные столкновения вызывают мощные вспышки звездообразования.
Когда наиболее массивные звезды в этих вспышках исчерпывают ресурс, они взрываются как сверхновые. Эти взрывы формируют потоки, которые способны выталкивать межзвездный газ за пределы галактики. Таким образом, процесс быстрого роста через накопление вещества во время столкновений одновременно запускает механизм, ведущий к истощению.
По данным JWST и ALMA, почти половина массивных галактик в ранней Вселенной взаимодействует с соседними системами. Это указывает не на редкое исключение, а на распространенное явление космического масштаба. По словам Дэвис, такие наблюдения объясняют, почему «мертвые» галактики так часто фиксируются на ранних этапах истории Вселенной.
CRISTAL-02 выступает как пример этого цикла: короткий всплеск интенсивного звездообразования сменяется мощным ветром, который уносит оставшийся газ и прекращает дальнейшее формирование звезд.
Полученные данные дают наблюдательное объяснение расхождению между теориями и фактами, которое ранее ставило вопросы к стандартным космологическим моделям. Исследование подтверждает значимую роль галактических ветров в формировании судьбы галактик.
Ранее такие ветры рассматривались как основной фактор массового «угасания» галактик, однако прямые наблюдения долго отсутствовали. Теперь их удалось зафиксировать благодаря высокой чувствительности JWST и ALMA: обнаружен протяженный шлейф холодного газа, выбрасываемый со скоростью, превышающей темпы звездообразования вдвое.
В работе отмечается, что CRISTAL-02 демонстрирует естественное объяснение для галактик, которые, по словам доктора Дэвис, «живут быстро и умирают молодыми». Остается вопрос, одинаково ли ведут себя все сталкивающиеся системы или существуют различия в силе и длительности ветров.
Ранняя Вселенная предстает как динамичная среда столкновений и вспышек, где жизненный цикл галактики может завершаться всего за 50 миллионов лет под действием собственного звездного ветра.
