eso1817ru — Научный релиз

ALMA и VLT нашли слишком много массивных звезд в близких и далеких галактиках со вспышками звездообразования

4 июня 2018 г., St.-Petersburg

4 июня 2018 г.
Наблюдения на телескопах ALMA и VLT показали, что как галактики со вспышками звездообразования в ранней Вселенной, так и область звездообразования в близлежащей галактике содержат гораздо большую долю массивных звезд, чем их находится в более спокойных галактиках. Это открытие ставит под сомнение современные воззрения на эволюцию галактик, меняет наше понимание истории звездообразования во Вселенной и наши представления об образовании химических элементов.

Группа астрономов под руководством Чжиюй Чжана (Zhi-Yu Zhang) из Эдинбургского университета, исследуя удаленные области Вселенной при помощи решетки радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), измерила долю массивных звезд в четырех удаленных богатых газом галактик со вспышками звездообразования [1]. Эти галактики наблюдаются в эпоху, когда Вселенная была значительно моложе, чем сейчас. Поэтому маловероятно, чтобы столь молодые галактики уже успели пройти много предшествующих этапов звездообразования.

Чжан и его группа разработали новую методику, аналогичную радиоуглеродному методу датировки по содержанию изотопа углерод-14 на Земле, для измерения обилия различных видов окиси углерода в четырех очень далеких погруженных в пылевые оболочки галактик со вспышками звездообразования [2]. Астрономы измерили отношение двух видов окиси углерода, содержащих различные изотопы [3].

Изотопы углерода и кислорода имеют различное происхождение”, -- объясняет Чжан. “18O в большей степени образуется в массивных звездах, а 13C – в маломассивных и в звездах промежуточной массы”. Благодаря новой методике группа сумела проникнуть за пылевую завесу, скрывающую эти галактики и впервые оценить массы находящихся в них звезд.

Масса звезды является самым важным фактором, определяющим ее будущую эволюцию. Массивные звезды сияют очень ярко и имеют маленькую продолжительность жизни, а менее массивные, такие, как Солнце, имеют меньшую светимость, но сохраняют ее в течение миллиардов лет. Таким образом, зная долю звезд различных масс, формирующихся в галактиках, астрономы могут проследить ход образования и эволюции галактик на протяжении всей истории Вселенной. Эта информация дает нам ключ к пониманию обилий химических элементов, имеющихся в наличии при образовании новых звезд и планет, и наконец, позволяет оценить количество зарождающихся черных дыр, которые могут постепенно накапливать массу в процессе поглощения окружающего вещества и превращаться в сверхмассивные черные дыры, наблюдаемые в центрах многих галактик.

Соавтор работы Донателла Романо (Donatella Romano) из INAF- Института астрофизики Академии наук Италии и Болонской астрофизической обсерватории так рассказывает о сделанном открытии: “Отношение изотопа 18O к 13C в наблюдавшихся нами галактиках ранней Вселенной со вспышками звездообразования оказалось примерно в 10 раз выше, чем в таких галактиках, как Млечный Путь. Это значит, что в этих галактиках со вспышками звездообразования доля массивных звезд гораздо выше”.

Наблюдения на ALMA перекликаются с другим исследованием, проведенным на материале окружающей нас части Вселенной. Группа, которой руководил Фабиан Шнайдер (Fabian Schneider) из Оксфордского университета в Веикобритании, выполнила спектроскопические измерения на Очень Большом Телескопе (VLT): с целью исследования общего распределения звезд по возрасту и начальным массам наблюдалось 800 звезд в гигантской области звездообразования 30 Золотой Рыбы в Большом Магеллановом Облаке [4].

Шнайдер рассказывает: “Звезд с массами более 30 солнечных мы нашли примерно на 30%, а с массами более 60 солнечных примерно на 70% больше, чем ожидали. Наши результаты ставят под сомнение ранее предсказанный предел в 150 солнечных масс для максимальной массы новорожденной звезды и позволяют предположить, что рождающиеся звезды могут иметь массы до 300 солнечных!

Роб Айвисон (Rob Ivison), соавтор новой работы на ALMA, заключает: “Наши находки заставляют нас усомниться в правильности нашего понимания космической истории. Астрономы, занимающиеся моделированием Вселенной, теперь придется немало поработать над еще большим усложнением своих моделей”.

Примечания

[1] Галактики со вспышками звездообразования -- это галактики, проходящие одну из стадий очень интенсивного формирования звезд. Частота образования новых звезд в этих галактиках может в 100 или более раз превосходить частоту образования звезд в нашей Галактике Млечного Пути. В таких галактиках массивные звезды испускают ионизирующее излучение, выбрасывают потоки материи и заканчивают свой жизненный цикл взрывом сверхновой, и все это существенно влияет на динамическую и химическую эволюцию окружающей их среды. Исследование распределения масс звезд в этих галактиках может рассказать нам как об эволюции этих галактик в целом, так и об эволюции всей Вселенной.

[2] Радиоуглеродный метод датировки применяется для определения возраста объекта, содержащего органические вещества. Измеряя количество радиоактивного изотопа 14C, доля которого вследствие распада постоянно уменьшается, можно вычислить время, когда умерло данное животное или растение. Изотопы 13C и 18O, использованные в исследовании, выполненном на ALMA, устойчивы и их обилия за время жизни галактик постоянно растут, так как эти изотопы синтезируются в процессе термоядерных реакций в недрах звезд.

[3] Эти различные формы молекулы называются изотопологами: они отличаются только количством нейтронов в составе их атомов. Примером таких молекул являются использованные в данном исследовании молекулы окиси углерода: устойчивый изотоп углерода может иметь в ядре либо 12, либо 13 нуклонов, а устойчивый изотоп кислорода может иметь 16, 17 или 18 нуклонов.

[4] Группа Шнайдера выполнила спектроскопические измерения индивидуальных звезд в области звездообразования 30 Doradus в близком к нашей Галактике Большом Магеллановом облаке при помощи большого волоконно-оптического многоэлементного спектрографа FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph), смонтированного на Очень Большом Телескопе (VLT). Это одно из первых исследований, достаточно детальных, чтобы продемонстрировать, что во Вселенной могут существовать области звездообразования с распределением масс, отличающимся от тех, которые мы наблюдаем в Млечном Пути.

Узнать больше

Результаты наблюдений на ALMA публикуются в статье Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time”, Nature от 4 июня 2018 г. Результаты, полученные на VLT, опубликованы в статье An excess of massive stars in the local 30 Doradus starburst”, Science от 5 января 2018 г.

Состав исследовательской группы ALMA: Z. Zhang (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK; European Southern Observatory, Garching bei München, Germany), D. Romano (INAF, Osservatorio Astronomico di Bologna, Bologna, Italy), R. J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Germany; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK), P .P. Papadopoulos (Research Center for Astronomy, Academy of Athens, Athens, Greece; Department of Physics, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, Greece) и F. Matteucci (INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste, Trieste, Italy; INFN, Sezione di Trieste, Trieste, Italy).

Состав исследовательсой группы VLT: F. R. N. Schneider ( Department of Physics, University of Oxford, UK), H. Sana (Institute of Astrophysics, KU Leuven, Belgium), C. J. Evans ( UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, UK), J. M. Bestenlehner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany; Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, UK), N. Castro (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), L. Fossati (Austrian Academy of Sciences, Space Research Institute, Graz, Austria), G. Gräfener (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Germany), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Germany), O. H. Ramírez-Agudelo (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, UK), C. Sabín-Sanjulián (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), S. Simón-Díaz (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spain; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spain),  F. Tramper (European Space Astronomy Centre, Madrid, Spain), P. A. Crowther (Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, UK), A. de Koter (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Amsterdam University, Netherlands; Institute of Astrophysics, KU Leuven, Belgium), S. E. de Mink (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Amsterdam University, Netherlands), P. L. Dufton (Astrophysics Research Centre, School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Northern Ireland, UK), M. Garcia (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spain), M. Gieles (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, UK), V. Hénault-Brunet (National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Canada; Department of Astrophysics/Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics, Radboud University, Netherlands), A. Herrero (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), R. G. Izzard (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, UK; Institute of Astronomy, The Observatories, Cambridge, UK), V. Kalari (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile), D. J. Lennon (European Space Astronomy Centre, Madrid, Spain), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC–INTA, European Space Astronomy Centre campus, Villanueva de la Cañada, Spain), N. Markova (Institute of Astronomy with National Astronomical Observatory, Bulgarian Academy of Sciences, Smolyan, Bulgaria), F. Najarro (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spain), Ph. Podsiadlowski (Department of Physics, University of Oxford, UK; Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Germany), J. Puls (Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany), W. D. Taylor (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, UK), J. Th. van Loon (Lennard-Jones Laboratories, Keele University, Staffordshire, UK), J. S. Vink (Armagh Observatory, Northern Ireland, UK) и C. Norman (Johns Hopkins University, Baltimore, USA; Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA)

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, намного обгоняющая по продуктивности другие наземные астрономические обсерватории мира. В ее работе участвуют 15 стран: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого Телескопа-Интерферометра VLTI, и два крупнейших широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: телескопа APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: 89118230911
Сотовый: 89118230911
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

Zhi-Yu Zhang
University of Edinburgh and ESO
Garching bei München, Germany
Телефон: +49-89-3200-6910
Email: zzhang@eso.org

Fabian Schneider
Department of Physics — University of Oxford
Oxford, United Kingdom
Телефон: +44-1865-283697
Email: fabian.schneider@physics.ox.ac.uk

Rob Ivison
ESO
Garching bei München, Germany
Телефон: +49-89-3200-6669
Email: rob.ivison@eso.org

Mariya Lyubenova
ESO Outreach Astronomer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6188
Email: mlyubeno@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1817.

О релизе

Релиз №:eso1817ru
Тип:Early Universe : Galaxy : Activity : Starburst
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Very Large Telescope
Instruments:FLAMES
Science data:2018Sci...359...69S
2018Natur.558..260Z

Изображения

Запыленная галактика со вспышкой звездообразования: взгляд художника
Запыленная галактика со вспышкой звездообразования: взгляд художника
Туманность Тарантул в Большом Магеллановом Облаке
Туманность Тарантул в Большом Магеллановом Облаке
Запыленная галактика со вспышкой звездообразования: взгляд художника
Запыленная галактика со вспышкой звездообразования: взгляд художника
Галактика со вспышкой звездообразования: взгляд художника
Галактика со вспышкой звездообразования: взгляд художника
Наблюдения на ALMA четырех удаленных галактик со вспышками звездообразования
Наблюдения на ALMA четырех удаленных галактик со вспышками звездообразования

Видео

ESOCast 163 Light: Слишком много массивных звездs в галактиках со вспышками звездообразования (4K UHD)
ESOCast 163 Light: Слишком много массивных звездs в галактиках со вспышками звездообразования (4K UHD)
Удаленная галактика со вспышкой звездообразования: взгляд художника
Удаленная галактика со вспышкой звездообразования: взгляд художника

Также смотрите наши