SOFIA наблюдает за странностями

Открытие, сделанное Стратосферной обсерваторией инфракрасной астрономии (SOFIA), может объяснить, как появились массивные галактики, хотя во Вселенной доминируют галактики, которые больше не образуют звезды.

«Это показывает, что рост активных черных дыр останавливает рождение звезд не мгновенно, что идет вразрез со всеми текущими научными прогнозами», - сказала Эллисон Киркпатрик, доцент Канзасского университета в Лоуренсе, и соавтор исследования. «Это заставляет нас переосмысливать наши теории эволюции галактик».

SOFIA, совместный проект НАСА и Немецкого аэрокосмического центра (DLR) изучала чрезвычайно далекую галактику CQ4479, расположенную на расстоянии более 5,25 миллиарда световых лет от нас. В её основе лежит особый тип квазара, который недавно был обнаружен Киркпатриком, под названием «холодный квазар». В этом квазаре активная черная дыра все еще питается материалом из родительской галактики, но интенсивная энергия квазара не поглотила весь холодный газ, поэтому звезды могут продолжать формироваться, а галактика продолжает жить. Впервые исследователи подробно рассматривают холодный квазар, напрямую измеряя рост черной дыры, частоту рождения звезд и сколько холодного газа остается для топлива в галактике.

«Мы были удивлены, увидев еще одну странную галактику, которая бросает вызов современным теориям», - сказал Кевин Кук, научный сотрудник Канзасского университета в Лоуренсе, и ведущий автор этого исследования. «Если этот тандемный рост продолжится, и черная дыра, и окружающие ее звезды утроятся в размерах, прежде чем галактика погибнет».

Как один из самых ярких и далеких объектов во Вселенной, квазары или «квазизвездные радиоисточники», трудны для наблюдения, потому что часто затмевают все вокруг себя. Они образуются, когда особенно активная черная дыра потребляет огромное количество материала из окружающей галактики, создавая сильные гравитационные силы. По мере того, как все больше и больше материала вращается все быстрее и быстрее к центру черной дыры, материал нагревается и ярко светится. Квазар производит столько энергии, что часто затмевает все вокруг, ослепляя попытки наблюдения за галактикой. Текущие теории предсказывают, что эта энергия нагревает или изгоняет холодный газ, необходимый для создания звезд, останавливая рождение звезд и нанося смертельный удар по росту галактики. Но SOFIA показывает, что есть относительно короткий период, когда рождение звезд в галактике может продолжаться, пока пир черной дыры продолжает подпитывать мощные силы квазара.

Вместо прямого наблюдения за новорожденными звездами SOFIA использовала свой 9-футовый телескоп для обнаружения инфракрасного света, исходящего от пыли, нагретой в процессе звездообразования. Используя данные, собранные с помощью прибора Airborne Wideband Camera-Plus или HAWC + с высоким разрешением, ученые смогли оценить количество звездообразований за последние 100 миллионов лет.

«SOFIA позволяет нам заглянуть в этот короткий промежуток времени, когда два процесса могут сосуществовать», - сказал Кук. «Это единственный телескоп, способный изучать рождение звезд в этой галактике, не будучи ослепленным ярким квазаром».

Короткое окно совместного роста черной дыры и звезды представляет собой раннюю фазу смерти галактики, когда галактика еще не поддалась разрушительному воздействию квазара. Необходимы дальнейшие исследования с SOFIA, чтобы узнать, проходят ли многие другие галактики аналогичный этап с совместным ростом черной дыры и звезды, прежде чем погибнут. Будущие наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на 2021 год, позволят выявить, как квазары влияют на общую форму родительских галактик.

Результаты опубликованы в Astrophysical Journal.