Турбулентность нарушает процесс звездообразования в квинтете Стефана

Фото из открытых источников

Движение газа, участвующего в звездообразовании в галактиках, является фундаментальным вопросом астрономических исследований. Галактики — это огромные взаимодействующие системы, в которых молекулярный водород подвергается воздействию множества сил. Он растягивается в потоки между галактиками и сжимается в ударных фронтах в других местах. В одних местах он диффузен и рассредоточен, в других — плотно упакован. Он темный и холодный, или же освещен излучением.

К сожалению, молекулярный водород трудно наблюдать, несмотря на то, что это самая распространенная молекула в гигантских молекулярных облаках. Вместо этого астрономы изучают монооксид углерода (CO), который в звездообразующих облаках встречается лишь в следовых количествах. Несмотря на то, что CO составляет лишь крошечную долю объема, он широко распространен в облаках и легче реагирует на изменения энергии, что делает его надежным индикатором молекулярного водорода.

Астрономы уточняют свое понимание движения газа, наблюдая за ним в различных типах сред и в более сложных условиях. Недавно исследователи из Японии использовали данные наблюдений за CO для картирования газа в особенно сложной и уникальной среде: в Квинтете Стефана.

Квинтет Стефана (SQ) — это хорошо известная визуальная группа из пяти галактик, которая уникальна тем, что является одним из первых официальных изображений, полученных телескопом JWST. Несмотря на то, что он называется квинтетом и выглядит как таковой, только четыре из входящих в него галактик фактически находятся в одной группе. Пятая — это галактика на переднем плане, которая находится примерно в 7 раз ближе к Земле, чем остальные галактики. Квинтет был первой обнаруженной компактной группой галактик и является также наиболее хорошо изученной компактной группой.

Японские исследователи использовали Атакамскую компактную антенную решетку (ACA) для наблюдения за газом в четырех членах компактной группы галактик. Атакамская компактная антенная решетка является подмножеством Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решетки (ALMA). ACA использует меньший набор радиоантенн ALMA для более качественного наблюдения за такими объектами, как молекулярные облака.

Результаты их исследований опубликованы в статье в журнале The Astrophysical Journal под названием «Структура молекулярного газа и разнообразие звездообразования в квинтете Стефана, выявленные с помощью картирования CO(1–0) ACA». Ведущий автор — Мисаки Ямамото из Высшей школы естественных наук Осакского столичного университета.

Поскольку квинтет Стефана является наиболее хорошо изученной компактной группой, многие другие исследовательские группы также картировали его CO. Но эта работа, по мнению авторов, гораздо более подробная, чем многие другие исследования.

«Мы представляем карту распределения 12CO(1–0) по всей системе Квинтета Стефана, хорошо известной группы компактных галактик, полученную с помощью Атакамской компактной антенной решетки (7-метровая решетка + суммарная мощность) Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решетки», — пишут авторы. «Эти наблюдения представляют собой первую крупномасштабную (137 кпк × 119 кпк) пространственно разрешенную (∼5,5 кпк) карту молекулярного газа компактной группы».

Карта SQ не только показала, где сосредоточено больше всего газа, но и продемонстрировала турбулентность в различных областях. Хотя звездообразование, как правило, более интенсивное там, где сосредоточено больше газа, это исследование подчеркивает, как турбулентность влияет на звездообразование.

Большая часть молекулярного газа сосредоточена в диске NGC 7319 и в областях между галактиками. Это включает в себя ударно-сжатый филамент и приливной хвост NGC 7319.

Распределение газа в SQ указывает на то, что это эволюционировавшая группа галактик, в которой нейтральный водород был удален из галактик и теперь сконцентрирован за пределами их дисков. В результате галактики испытывают дефицит водорода.

Однако карта CO также показала, где турбулентность наиболее активна и как это влияет на звездообразование. В этой работе дисперсия скоростей в сгустках газа указывает на наличие турбулентности. Чем шире дисперсия, тем сильнее турбулентность.

«Вдоль приливного хвоста и в его окрестностях мы обнаружили не только протяженную молекулярную газовую составляющую, но и четыре отдельных скопления CO₂ с дисперсией скоростей ∼10–30 км/с и массами молекулярного газа порядка 107–108 M⊙», — поясняют исследователи.

Исследователи обнаружили, что эффективность звездообразования отрицательно коррелирует с дисперсией скоростей CO.

«В то время как в областях с малой дисперсией скоростей наблюдается снижение звездообразования, сопоставимое с таковым в близлежащих дисковых галактиках, в областях с большой дисперсией скоростей (∼50–150 км/с) вокруг ударно-сжатого филамента отмечается сильное подавление звездообразования», — пишут авторы.

«Взаимодействие между галактиками может как сжимать, так и рассеивать молекулярный газ, создавая существенные различия в активности звездообразования», — заявил Ямамото. «Полученные результаты указывают на турбулентность как на важный фактор, регулирующий места образования звезд».

Взаимодействующие галактики могут создавать турбулентность. Это исследование показывает, что в такой турбулентной среде газу, участвующему в звездообразовании, трудно сконцентрироваться и стабилизироваться в достаточной степени для образования звезд.

«Звездообразование — один из самых фундаментальных процессов в эволюции галактик. Такие исследования, как наше, помогают уточнить наше представление о Вселенной и побуждают нас задуматься о нашем месте в ней», — сказал соавтор Казуюки Мураока. «Понимание того, как столкновения и взаимодействия галактик в ранней Вселенной усиливают или подавляют звездообразование, позволит исследователям получить более эффективный инструмент для отслеживания истории эволюции галактик на протяжении космического времени».

«В заключение, наши результаты показывают, что турбулентность играет значительную роль в регулировании звездообразования во взаимодействующих системах», — пишут авторы.