Вопрос о том, что запускает чрезвычайно быстрое звездообразование в гиперярких инфракрасных галактиках (Hyper Luminous Infrared Galaxy, HyLIRGs), остаётся открытым и представляет большой интерес для понимания формирования и эволюции галактик во Вселенной.

Недавно Европейская южная обсерватория (ESO) опубликовала новую фотографию HyLIRG, которая в 10 000 раз ярче нашего Млечного Пути в инфракрасном диапазоне. Эта далёкая галактика, известная как PJ0116-24, была исследована в рамках новой статьи, опубликованной в Nature Astronomy, которая проливает свет на её формирование.

Предыдущие исследования предполагали, что такие чрезвычайно яркие галактики являются результатом слияний галактик. Считается, что эти столкновения галактик создают плотные газовые области, в которых запускается быстрое звездообразование. Однако, изолированные галактики также могут стать HyLIRG только посредством внутренних процессов, если газ, способствующий звездообразованию, быстро направляется к центру галактики.

В своей работе международная исследовательская группа, включая доктора философии Амита Вишваса, астронома из Корнелла, объединила наблюдения с VLT (Очень большого телескопа) ESO и ALMA (Большой миллиметровой / субмиллиметровой антенной решётки Атакамы) для изучения движения газа внутри PJ0116-24.

ALMA отслеживает холодный газ, показанный на фотографии синим цветом, тогда как VLT с его новым инструментом ERIS (Enhanced Resolution Imager and Spectrograph) отслеживает тёплый газ, показанный красным цветом. Благодаря этим подробным наблюдениям исследователи обнаружили, что газ в этой экстремальной галактике вращался организованным, а не хаотичным образом, как ожидается после галактического столкновения. Этот необычный результат показывает, что слияния не всегда являются причиной того, что галактика становится HyLIRG.

Гиперяркая инфракрасная галактика (HyLIRG) PJ0116-24.
Источник: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / ESO / D. Liu et al.

PJ0116-24 находится так далеко, что её свету потребовалось около 10 миллиардов лет, чтобы достичь нас. Галактика на переднем плане действовала как гравитационная линза, изгибая и увеличивая PJ0116-24 позади себя в кольцо Эйнштейна, которое видно на изображении. Это линзирование увеличивает масштаб очень далёких объектов и позволяет астрономам видеть их на уровне детализации, которого в противном случае было бы очень трудно достичь.

Вишвас, научный сотрудник Корнеллского центра астрофизики и планетных наук (CCAPS), помог составить карту излучения и кинематики атомарного и молекулярного газа в PJ0116-24 с помощью ALMA, что обеспечило весомую поддержку сценария газового диска. Он также участвовал в получении данных с помощью недавно введённого в эксплуатацию инструмента ERIS на VLT. Исследованием руководил Дайчжун Лю из Института внеземной физики Макса Планка и обсерватории Цзыцзиньшань (также известной как обсерватория Пурпурной горы).

Интерпретация газовых условий и содержания элементов в PJ0116-24 аналогична тому, что Вишвас и его соавторы выявили в прошлом году для другой галактики в более раннюю эпоху во Вселенной, используя данные космического телескопа «Джеймс Уэбб». Однако PJ0116-24 примерно в пять раз массивнее и ярче источника, описанного в прошлогодней работе.

«В обоих случаях гравитационное линзирование помогло увеличить масштаб и позволило изучить детали межзвёздной среды этих галактик. Я считаю, что новые наблюдения помогают нам выстроить аргумент в пользу того, как галактики развиваются и формируются — эффективно преобразуя газ в звёзды в быстрых фазах роста, разделённых длительными периодами относительного спокойствия», — пояснил Вишвас.