初期宇宙で星を作るために、燃料が枯渇した “死んだ”銀河

ギャラクシークラスターMACS J1341。 ソース：主執筆者：NASA、ESA、Katherine E. Whitaker（UMass）、画像処理：Joseph DePasquale（STScI）

ハッブル宇宙望遠鏡、初期の空の空間で動く巨大な銀河を発見している

「早く生きて若く死ぬ」は、宇宙の初期に星を作成するために必要な冷たい水素ガスが枯渇された初期の巨大で、「死んだ」6つの銀河のモットーになることがあります。 この銀河は、迅速かつ猛烈な生活を生き、驚くほど短い時間に星を作りました。 しかし、彼らは文字通りガスが不足して、星の形成を中断しました。 星を作るためのより多くの燃料がない場合、この銀河は空っぽの状態で走っていました。 なぜこのようなことがかつて起こったのかは謎です。

ネジ「NS ハッブル宇宙望遠鏡、Atacama大型ミリメートル/サブミリメートルアレイ（アルマ）は、チリの北部で宇宙で星の誕生のピークを数十億年を振り返りながら、この奇妙な銀河を発見した。 非常に遠い銀河を見つけるために、科学者たちは、ハッブルのALMAの力を自然望遠鏡の役割をする、非常に巨大な景色銀河団と結合しました。 強力な重力レンズ現象と呼ばれる現象を介して、巨大な銀河団の膨大な重力が空間を歪めて、背景物体の光を歪めて拡大します。 初期の巨大な、非常に遠い銀河は、そのような星団の後ろに位置したときに大きく増えて拡大されて、天文学者たちが、他の方法では、見ることができないの詳細を研究することができます。

この画像は、NASAのハッブル宇宙望遠鏡のALMA（Atacama Large Millimeter / submillimeter Array）の化合物です。 箱の中の写真や排水画像は、科学者たちが、燃料の原因冷たい水素ガスの枯渇により、星の形成が中断されたことを発見した6つの遠くにある巨大な銀河のうちの2つを示しています。
ハッブルはALMAと前景の巨大な銀河団によって生成された空間で「自然レンズ」と力を結合したときに、この奇妙な銀河を発見した。 星団の重力は、重力レンズと呼ばれる効果で背景銀河の光を増やし増幅させます。 この現象により、天文学者たちは、巨大な銀河団を自然拡大鏡として使用して、他の方法では、見ることができない遠方の銀河の詳細を研究することができます。
黄色は星の光を追跡します。 人工紫はALMA観測から冷たいほこりを追跡します。 この冷たい塵は星形成に必要な冷たい水素ガスの代用物として使用されます。
ALMAの感度にもかかわらず、科学者たちは、サンプリングされた6つの銀河のほとんどの汚れを検出できません。 一例は、右上にあるMRG-M1341です。 レンズの「ファンハウスミラー」光学効果により、歪曲されて見えます。 対照的に、銀河の左側にある紫色の汚れは、汚れやガスが豊富な銀河の一例です。
ALMAが作った冷たいほこり検出の一例は、右下の銀河MRG-M2129です。 銀河の中心には、ほこりやガスのみです。 これは星形成が郊外から内側にブロックされことを示唆します。
ソース：主執筆者：NASA、ESA、Katherine E. Whitaker（UMass）、画像処理：Joseph DePasquale（STScI）

宇宙の年齢が現在の年齢の20％に過ぎない約30億年であったとき、宇宙は歴史上最も多くの星が誕生した時期を経験しました。 しかし、NASAのハッブル宇宙望遠鏡と、チリ北部のアタカマ大型ミリ/サブミリメートルの配列（ALMA）がこの時期に宇宙物体を眺め見たとき、奇妙な点を発見した。 冷たい水素がなくなった初期の巨大で、「死んだ」6つの “死んだ”銀河です。 星を作成するために必要なガス。

星形成のためのより多くの燃料がない場合、この銀河は、文字通り空っぽの状態で走っていました。 研究結果は、ジャーナルに掲載 自然。

「私たちの宇宙のこの時点で、すべての銀河は、多くの星を形成する必要があります。 今は別の形成の絶頂期です。」と、第1著者であるマサチューセッツ大学（University of Massachusetts、Amherst）天文学助教授であるケイト・ウィテカー（Kate Whitaker）が説明しました。 WhitakerはデンマークのコペンハーゲンにあるCosmic Dawn Centerの助教授でもあります。 「それでは、この銀河のすべての涼しいガスはそう早くからどうなりました？」

この研究では、ハッブルのALMA観測の間の調和のための古典的な例です。 ハッブルは銀河の星がどこに存在するかどうかを正確に指摘して、過去に形成された位置を示しています。 ALMAは冷たい水素ガスの代理人の役割をする冷たいほこりを検知して、天文学者たちに燃料が十分であれば、将来的に星が形成されることができる場所を示しました。

GalaxyクラスタMACS J1341およびMACS J2129。 ソース：主執筆者：NASA、ESA、Katherine E. Whitaker（UMass）、画像処理：Joseph DePasquale（STScI）

自然の望遠鏡を使用する

この初期の遠く離れている死んだ銀河の研究は、Resolve QUIEscent Magnified Galaxies At High Redshiftを意味する適切な名前の付いたREQUIEMプログラムの一部でした。 （赤色偏移は、光が空間の拡張によって増えスペクトルの赤色部分に移動して表示されるときに発生します。観察者に銀河が遠くなるほど、より赤く表示されます。）

REQUIEMチームは非常に巨大な景色銀河団を自然望遠鏡で使用します。 銀河団の巨大な重力は空間を歪めて、背景物体の光を曲げたり、拡大します。 初期の巨大な、非常に遠い銀河は、そのような星団の後ろに位置したときに大きく増えて拡大されて、天文学者たちが、他の方法では、見ることができないの詳細を研究することができます。 これを「強力な重力レンズ」と呼ばれています。

この強力なレンズとハッブルとALMAの絶妙な解像度を結合しなければならREQUIEMチームがビッグバン後数十億年ぶりに表示されるように表示されるが、6つの銀河の形成を理解することができました。

Whitakerは「強力な重力レンズを自然望遠鏡で使用することにより、私たちは、星形成を遮断するために最も離れていて、最も重い最初の銀河を見つけることができます。」と言いました。 「強力な次世代宇宙望遠鏡で2030年代や40年代の科学をするかのように考えたいが、今日ではなく、強力なレンズで強化されたハッブルとALMAの機能を組み合わせてね。」

ハッブル宇宙望遠鏡の観測プログラムの首席研究員であるモハマド・アーク式（Mohammad Akhshik）は「REQUIEMは、初期宇宙では珍しいし、強いレンズが付いている死んだ銀河の最大の標本を収集し、強力なレンズが、ここで重要な」と言いました。 “それはすべての波長にわたって光を増幅して、より簡単に検出できるようにして、空を横切って伸びているが、銀河を持っているとき、より高い空間分解能を得ることができます。本質的にははるかに微細な物理的スケールで内部を見ることができ、何が起こっているかどうか把握することができます。 “

早く住んでダイ

これらの種類の死んだ銀河は、後で近くにある小さな銀河とガスの小さな合併付着を通じて活性化されないように見えます。 周辺にあるもの入れ飲み込むほとんどは銀河を「発酵」です。 星形成が再び有効にされると、Whitakerはそれを「一種の糖」と説明しました。 現在、宇宙から約110億年後、以前に圧縮されたこの銀河はより大きく進化したものと思われるが、新しい星の形成の面ではまだ死んでいます。

この6つの銀河は、高速猛烈な生活を生き、驚くほど短い時間に星を作りました。 彼らの星形成をそのように早く中断させた理由は、まだ謎です。

Whitakerは、いくつかの可能な説明を提供します。 ブラックホール 銀河の中心にあるすべてのガスをオンにして加熱しますか？ 次に、ガスはまだありますが、今は高温になります。 またはそれは追放されたことがあり、今では銀河に再び蓄積されることを防止しています。 それとも銀河がそれ使い果たし供給が切断されたんですか？ これらは、私たちがこれからの新しい観察を通して継続探検する開かれた質問の一部です。 “

参照：Katherine E. Whitaker、Christina C. Williams、Lamiya Mowla、Justin S. Spilker、Sune Toft、Desika Narayanan、Alexandra Pope、Georgios E. Magdis、Pieter Gの「初期宇宙で枯渇されたガス貯蔵が巨大な銀河の冷却を誘導します。」 van Dokkum、Mohammad Akhshik、Rachel Bezanson、Gabriel B. Brammer、Joel Leja、Allison Man、Erica J. Nelson、Johan Richard、Camilla Pacifici、Keren Sharon＆Francesco Valentino、2021年9月22日、 自然。
DOI：10.1038 / s41586-021-03806-7

ハッブル宇宙望遠鏡は、NASAとESA（欧州宇宙機関）との間の国際協力プロジェクトです。 メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダード宇宙飛行センターは、望遠鏡を管理します。 メリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所（STScI）はハッブル宇宙望遠鏡の科学のタスクを実行します。 STScIは、ワシントンDCの天文学研究大学連合（Association of Universities for Research in Astronomy）でNASAのために運営しています。