Обнаружен новый тип астрономического объекта — облако, которое не смогло стать галактикой

Космический телескоп «Хаббл» исследовал объект «Cloud-9» — беззвездное, богатое газом облако темной материи, которое считается «реликвией» или остатком раннего формирования галактики. Об открытии сообщают в NASA и в ESA (Европейское космическое агентство). Cloud-9 является первым подтвержденным обнаружением такого объекта во Вселенной. Это открытие способствует лучшему пониманию формирования галактик, ранней Вселенной и природы самой темной материи. «Это история о неудавшейся галактике», — отметил главный исследователь программы Алехандро Бенитес-Лламбай из университета Милано-Бикокка в Милане, Италия. «В науке мы обычно узнаем больше из неудач, чем из успехов. В данном случае отсутствие звезд подтверждает правильность теории. Это говорит нам о том, что мы нашли в местной Вселенной первичный строительный блок галактики, которая еще не сформировалась», — добавил он. Результаты, опубликованные в журнале «The Astrophysical Journal Letters», были представлены в понедельник в Фениксе на пресс-конференции 247-го заседания Американского астрономического общества.

На этом изображении показано расположение облака Cloud-9, которое находится на расстоянии 14 миллионов световых лет от Земли. Рассеянный пурпурный цвет — это радиоданные с наземной Очень большой антенной решетки (VLA), показывающие наличие облака. Пунктирный круг обозначает пик радиоизлучения, где исследователи сосредоточили свои поиски звезд. Дальнейшие наблюдения с помощью Усовершенствованной камеры для наблюдений «Хаббла» не выявили ни одной звезды в облаке. Несколько объектов, появляющихся в его пределах, являются фоновыми галактиками. До наблюдений «Хаббла» ученые могли утверждать, что Cloud-9 является тусклой карликовой галактикой, звезды которой нельзя было увидеть наземными телескопами из-за недостаточной чувствительности. «Хаббл» показал, что на самом деле эта неудавшаяся галактика не содержит звезд. Science: NASA, ESA, VLA, Gagandeep Anand (STScI), Alejandro Benitez-Llambay (University of Milano-Bicocca); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

«Это облако — это окно в темную Вселенную. Из теории мы знаем, что большая часть массы во Вселенной, как ожидается, является темной материей, но обнаружить эту темную материю сложно, поскольку она не излучает свет. Cloud-9 дает нам редкую возможность увидеть облако, в котором доминирует темная материя», — сказал член команды Эндрю Фокс из Ассоциации университетов по исследованиям в астрономии/Института космической телескопии (AURA/STScI).

Объект называется Облаком H I с ограниченной реионизацией, или «RELHIC». Термин «H I» означает нейтральный водород.

RELHIC описывает облако водорода, образовавшееся в начале существования Вселенной, — остаток, который не сформировал звезд. В течение многих лет ученые искали доказательства существования такого теоретического фантомного объекта. Только после того, как они направили телескоп «Хаббл» на облако и подтвердили, что оно действительно не содержит звезд, они нашли подтверждение этой теории.

«До того, как мы использовали телескоп «Хаббл», можно было утверждать, что это тусклая карликовая галактика, которую мы не могли увидеть с помощью наземных телескопов. Они просто не обладали достаточной чувствительностью, чтобы обнаружить звезды», — говорит главный автор исследования Гагадип Ананд из STScI. «Но с помощью усовершенствованной камеры для наблюдений телескопа «Хаббл» мы смогли установить, что там ничего нет».

Открытие этого реликтового облака стало неожиданностью. «Среди наших галактических соседей, возможно, есть несколько заброшенных домов», — сказала Рэйчел Битон из STScI, которая также входит в состав исследовательской группы.

Астрономы считают, что RELHIC — это облака темной материи, которые не смогли накопить достаточно газа для образования звезд. Они представляют собой окно в ранние стадии формирования галактик. Cloud-9 указывает на существование многих других небольших структур во Вселенной, в которых преобладает темная материя, — других неудавшихся галактик. Это открытие дает новые представления о темных компонентах Вселенной, которые трудно изучать с помощью традиционных наблюдений, сосредоточенных на ярких объектах, таких как звезды и галактики.

Ученые много лет изучали облака водорода вблизи Млечного Пути, но эти облака, как правило, намного больше и более нерегулярны, чем Cloud-9. По сравнению с другими наблюдаемыми облаками водорода, Cloud-9 меньше, компактнее и имеет более сферическую форму, что делает ее очень отличной от других.

Ядро этого объекта состоит из нейтрального водорода и имеет диаметр около 4900 световых лет. Исследователи измерили водород в Cloud-9 с помощью излучаемых ею радиоволн и определили, что его масса примерно в миллион раз превышает массу Солнца. Предполагая, что давление газа уравновешивает гравитацию облака темной материи, что, судя по всему, и есть на самом деле, исследователи подсчитали, что масса темной материи Cloud-9 должна составлять около пяти миллиардов солнечных масс.

Cloud-9 является примером структур и тайн, которые не связаны со звездами. Просто глядя на звезды, невозможно получить полное представление. Изучение газа и темной материи помогает получить более полное понимание того, что происходит в этих системах, которое иначе осталось бы неизвестным.

С точки зрения наблюдений, идентифицировать эти неудавшиеся галактики трудно, поскольку соседние объекты засвечивают их. Такие системы также уязвимы к воздействию окружающей среды, например, к разрыву от давления, которое может удалить газ, когда облако движется по межгалактическому пространству. Эти факторы еще больше уменьшают их ожидаемое количество.

Беззвездная реликвия была открыта три года назад в рамках радиообследования, проведенного 500-метровым сферическим телескопом (FAST) в Гуйчжоу в Китае, а позже это открытие было подтверждено телескопом Грин-Бэнк и объектами Очень большой антенной решетки (VLA) в Соединенных Штатах. Но только с помощью телескопа «Хаббл» исследователи смогли окончательно определить, что неудавшаяся галактика не содержит звезд.

Cloud-9 была названа просто последовательно, поскольку была девятым газовым облаком, обнаруженным на окраине соседней спиральной галактики Мессье 94 (M94). Облако находится близко к M94 и, кажется, имеет физическую связь с галактикой. Данные радио наблюдений с высоким разрешением показывают незначительные искажения газа, что, возможно, указывает на взаимодействие между облаком и галактикой.

Облако может со временем образовать галактику, при условии, что оно станет более массивным, хотя как именно это произойдет, остается предметом спекуляций. Если бы оно было намного больше, скажем, в 5 миллиардов раз массивнее нашего Солнца, оно бы коллапсировало, образовало звезды и стало галактикой, которая не отличалась бы от любой другой галактики, видимой нами. Если бы она была намного меньше, газ мог бы рассеяться и ионизироваться, и от него не осталось бы много. Но она находится в идеальном состоянии, чтобы остаться как RELHIC.

Отсутствие звезд в этом объекте дает уникальную возможность заглянуть во внутренние свойства облаков темной материи. Редкость таких объектов и потенциал будущих исследований, как ожидается, будут способствовать открытию большего количества таких «неудавшихся галактик» или «реликвий», что позволит лучше понять раннюю Вселенную и физику темной материи.

Космический телескоп «Хаббл» работает уже более трех десятилетий и продолжает делать революционные открытия, которые формируют наше фундаментальное понимание Вселенной. «Хаббл» — это проект международного сотрудничества между NASA и ESA. Космический центр Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд, управляет работой телескопа и миссиями. Компания Lockheed Martin Space, базирующаяся в Денвере, также поддерживает миссии в Годдарде. Институт космической телескопии в Балтиморе, управляемый Ассоциацией университетов по исследованиям в астрономии, с помощью телескопа «Хаббл» проводит научные исследования.

Нейтронные звезды с мощными магнитными полями, вероятно, могут испускать джеты

Международная команда астрономов во главе с исследователями из Амстердамского университета, Нидерланды, считает, что нейтронные звезды, обладающие мощными магнитными полями, тем не менее, способны испускать так называемые «джеты». Начиная с 1980-х гг. считалось, что мощные магнитные поля предотвращают формирование этих плазменных потоков. Однако новые наблюдения, проведенные при помощи более современных телескопов, указывают на присутствие излучения, напоминающего по характеристикам излучение джета. Джеты представляют собой потоки плазмы, которые с высокой скоростью испускаются нейтронными звездами или черными дырами. Джеты известны астрономам уже в течение нескольких десятилетий, однако до сих пор никто никогда не наблюдал джетов, испускаемых нейтронными звездами, обладающими мощным магнитным полем. Наиболее популярным объяснением этого факта было то, что мощные магнитные поля затрудняют формирование джетов.

В 2013 г. исследователи во главе с Натали Дегенар (Nathalie Degenaar) из Амстердамского университета провели наблюдения нескольких нейтронных звезд при помощи современного радиотелескопа Very Large Array (VLA), расположенного на территории штата Нью-Мексико, США. 6 и 16 июня 2013 г. ученые наблюдали двойные системы Her X-1 и GX 1+4 в течение нескольких десятков минут. Каждая из систем включает нейтронную звезду с мощным магнитным полем и нормальную звезду-компаньона. Материал перетекает от нормальной звезды к нейтронной звезде. Эти радионаблюдения ставили целью выяснить, не испускает ли нейтронная звезда энергию в форме джетов.

Анализ этих данных (проведенный лишь в 2017 г.) показал, что обе нейтронные звезды испускают излучение в радиодиапазоне, и что это излучение носит признаки, характерные для излучения джетов. Однако утверждать наличие джетов в исследуемых системах пока рано, поскольку для однозначного установления этого факта требуются дополнительные наблюдения, отмечают исследователи. Данная работа, однако, позволяет исключить из рассмотрения ряд процессов, например звездный ветер, указывают авторы.

«Шокирующие» результаты столкновений между скоплениями галактик

Гигантские столкновения между несколькими скоплениями галактик, каждое из которых содержит сотни галактик, запечатлены на этой зрелищной панораме. Эти столкновения привели к формированию ударных волн, которые, в свою очередь, стали источниками ярких вспышек в радиодиапазоне, наблюдаемых на снимке в красном и оранжевом цветах. В центре снимка пурпурным цветом показаны рентгеновские лучи, появление которых связано с экстремальным нагревом. Эта область носит название Абель 2744 и находится на расстоянии примерно 4 миллиарда световых лет от Земли. Наблюдения в радиодиапазоне, результаты которых отражены на этом снимке, были проведены при помощи радиотелескопа Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) Национального научного фонда США. Рентгеновские данные были собраны при помощи космической обсерватории НАСА Chandra («Чандра»). Оба этих слоя наложены на снимок в видимом диапазоне, сделанный при помощи телескопов Subaru («Субару») и VLA.

Астрономы изучают этот комбинированный снимок в попытке глубже понять последовательность столкновений между скоплениями галактик. В настоящее время, говорят они, имеющиеся данные указывают на столкновения подскоплений в направлении север-юг (сверху вниз на снимке) и восток-запад (слева направо на снимке). Также в этой области может происходить еще одно столкновение, и астрономы продолжают анализировать данные, чтобы выяснить больше подробностей о сложной истории столкновений, происходящих в этой области, и их последствий.

Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal; главный автор Коннор Пирс (Connor Pearce) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США.