Телескоп FAST переписывает историю замедления звездообразования
Десятилетиями астрономы наблюдали, как Вселенная становится все тише. Когда-то галактики бурно превращали холодный газ в новые звезды, но за миллиарды лет эта активность резко пошла на спад. Ведущее объяснение было простым: у галактик заканчивалось топливо. Считалось, что холодный водородный газ, сырье для звезд, постоянно расходуется и не восполняется достаточно быстро.
Новое международное исследование показывает, что эта картина неполна. Международная команда с участием Национальных астрономических обсерваторий Китая, Шанхайской астрономической обсерватории и Шанхайского университета Цзяо Тун объединила два самых мощных инструмента мира, чтобы измерить, сколько нейтрального водорода — холодного газа, питающего звездообразование, — фактически присутствовало за последние 4,5 миллиарда лет.
Этими инструментами были 500-метровый сферический радиотелескоп с апертурой FAST, известный как FAST, в провинции Гуйчжоу, и Спектроскопический инструмент темной энергии, или DESI, в Аризоне. FAST — крупнейший в мире однозеркальный радиотелескоп, и его чувствительность делает его необычайно эффективным для обнаружения слабых сигналов водорода. DESI, в свою очередь, картографирует миллионы галактик на огромных объемах пространства. Вместе они позволяют сравнить темпы звездообразования с запасом газа в одном и том же космическом масштабе времени.
Результат, опубликованный в журнале Nature Astronomy, состоит в том, что эти два показателя не синхронны. Звездообразование резко ослабло, но резервуар нейтрального водорода не иссяк с той же скоростью. Иными словами, в галактиках все еще достаточно сырья для звезд. Похоже, они теряют способность его перерабатывать.
Это открытие переносит внимание с поставок на процесс. Газ должен остыть, сгуститься и сжаться под действием гравитации, прежде чем он сможет воспламениться в звезды, и каждый из этих этапов может быть нарушен. Оттоки, вызванные взрывами звезд, нагрев от сверхмассивных черных дыр или просто турбулентность взрослеющей галактики могут сделать газ слишком горячим или слишком разреженным для эффективного сжатия. Галактика может быть богата газом и при этом почти бесплодна.
Эта переформулировка важна, потому что затрагивает один из центральных вопросов эволюции галактик: почему эпоха звездообразования во Вселенной достигла пика миллиарды лет назад и с тех пор идет на спад. Если истощение топлива не является главной причиной, модели того, как галактики растут, стареют и в конце концов затихают, придется пересмотреть.
Для китайского астрономического сообщества эта работа также является вехой в международном сотрудничестве. FAST был предложен и построен в Китае, но его наиболее ценная наука все чаще возникает при объединении с инструментами в других странах. Радионаблюдения могут проследить холодный газ, который не виден в оптических обзорах, а крупные спектроскопические обзоры обеспечивают статистическую выборку, которую один телескоп не может собрать в одиночку.
Есть и более широкий урок для всех, кто наблюдает за небом. Космическая история — это не простая история истощения, как огонь, сжигающий последние поленья. Она больше похожа на кухню, где на полках еще есть ингредиенты, но повара уже ушли. Понимание того, почему это происходит — и обратим ли этот спад в какой-либо галактике, — займет астрономов на годы и заставит такие команды, как эта, направлять свои антенны и спектрографы на одни и те же участки неба.