Ультракрасные галактики: Астрономы исследовали древние «ультра-красные» галактики

Яркие инфракрасные галактики ярче и многочисленнее, чем могут объяснить современные теории

Астрономия

18.11.2020

127 1 минута чтения

Некоторые интересные результаты, собранные группой астрономов из голландского института SRON, показывают, что некоторые ультраяркие галактики кажутся ярче в инфракрасном диапазоне, чем может объяснить количество содержащихся в них звезд. В исследовании, опубликованном в журнале Astronomy & Astrophysics, анализируются в основном галактики, появившиеся до 3 миллиардов после большого взрыва, который произошел приблизительно 13,8 миллиардов лет назад.

Эти галактики сформировались довольно быстро и, благодаря обилию газа, присутствовавшего в то время, образовали множество звезд и, следовательно, были массивными и «ультраяркие» с уровнями яркости 10 триллионов наших солнц.

Эти ультраяркие галактики с течением времени, в том числе из-за того, что запасы газа закончились, становились все более редкими. Сегодня мы наблюдаем те, которые существовали миллиарды лет назад.

Пример ультраяркой галактики. Ниже изображения одной и той же галактики на разных длинах волн. В инфракрасном диапазоне они излучают яркость, которую нельзя объяснить текущими теориями (предоставлено Голландским институтом космических исследований, SRON).

Астрономы ранее наблюдали их с помощью инфракрасного космического телескопа Herschel, но теперь команда SRON использовала телескоп LOFAR. Благодаря более высокому пространственному разрешению последних, они смогли различать галактики по отдельности, подтверждая странность наблюдений: существует намного больше ультраярких галактик, чем могут объяснить современные теории образования галактик. Это означает, что мы должны искать другую теорию, чтобы объяснить их присутствие в течение того, что можно рассматривать как первую эпоху Вселенной.

«Являются ли они источником звездообразования или аккреции сверхмассивных черных дыр? Если бы ультраяркие инфракрасные галактики подпитывались звездообразованием, они могли бы образовывать звезды с массой в несколько тысяч солнечных масс в год«, — объясняет Линю Ван, исследователь SRON.

По словам исследователя, поскольку существующие теоретические модели не могут объяснить присутствие этих ультраярких галактик с таким количеством звезд, причину, возможно, следует искать в аккреционной активности вокруг центральной сверхмассивной черной дыры.

Однако это теоретический подход, требующий многих других наблюдений. Наблюдения, безусловно, будут непростыми, поскольку они касаются объектов, которые не излучают свет и находятся на расстоянии в миллиарды световых лет.

Конечно, ученые не сдаются, а наоборот, намерены проводить новые исследования с использованием оптического телескопа обсерватории Кека. Благодаря последнему, они смогут получить более точные данные о красном смещении этих галактик.

Подпишитесь на нас:Дзен.Новости / Вконтакте / Telegram

Back to top button

Яркая инфракрасная галактика

Яркая инфракрасная галактика (англ. Luminous infrared galaxy, LIRG) — галактика со светимостью выше 1011 светимостей Солнца. Такие галактики более распространены, чем галактики со вспышками звездообразования, сейфертовские галактики и квазары сравнимых светимостей. Инфракрасные галактики создают больше излучения в инфракрасной части спектра по сравнению с другими диапазонами длин волн.

Галактики со светимостями выше 1012 светимостей Солнца называются ультраяркими инфракрасными галактиками (англ. ultraluminous infrared galaxies, ULIRGs). Многие яркие инфракрасные галактики проявляют признаки взаимодействий и разрушения. Темп звездообразования может достигать 100 звёзд в год, в то время как в нашей галактике появляется в среднем одна звезда в год.

Ещё более яркие галактики называются гиперяркими галактиками (англ. hyper-luminous infrared galaxies, HLIRGs).

Галактики данного типа с наибольшей светимостью носят название экстремально ярких инфракрасных галактик (англ. extremely luminous infrared galaxies, ELIRGs).

Возникновение и эволюция

Инфракрасные галактики выглядят как одиночные богатые газом спиральные галактики, инфракрасное излучение которых создаётся в основном при звездообразовании. Однако светимость некоторых галактик создаётся в основном активным ядром галактики (АЯГ). Такие АЯГ находятся в компактных областях в центрах галактики обладают повышенной светимостью. Излучение АЯГ наблюдается в радио-, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах спектра. Подобные галактики были открыты в 1983 году при наблюдениях телескопа IRAS. В некоторых случаях светимость ярких инфракрасных галактик может возникать в результате присутствия как активного звездообразования, так и АЯГ.

Яркие инфракрасные галактики излучают большую часть энергии в инфракрасной части спектра, недоступной для наблюдения невооружённым глазом. Суммарная излучаемая энергия сопоставима с энергией квазаров, считавшихся ранее наиболее выскоэнергичными объектами Вселенной.

Причина, по которой зарегистрировать излучение в видимой части спектра у таких галактик очень сложно, состоит в том, что они богаты газом, который поглощает излучение в видимой части спектра и переиспускает его в инфракрасном диапазоне. Большая доля ярких инфракрасных галактик обладает активной чёрной дырой в центральной области. Подобные галактики обнаруживаются в более плотно населённых областях во Вселенной по сравнению с обычными галактиками.

Ультраяркие инфракрасные галактики

Вероятно, яркие инфракрасные галактики могут со временем становиться ультраяркими. Моделирование данного перехода остаётся затруднительным. Исследования показывают, что ультраяркие инфракрасные галактики с большей вероятностью содержат активные ядра, чем яркие инфракрасные галактики.

В соответствии с одним из исследований, ультраяркая инфракрасная галактика является лишь одной из эволюционных стадий слияния галактик. Две или более спиральные галактики сливаются с возможным образованием яркой инфракрасной галактики. На более позднем этапе слияния происходит переход к ультраяркой инфракрасной галактике. Затем она становится квазаром, в конечном итоге становясь эллиптической галактикой. Подтверждением данного сценария является тот факт, что в эллиптических галактиках звёзды старше, чем на более ранних этапах сценария.

Экстремально яркие инфракрасные галактики

Экстремально яркая инфракрасная галактика WISE J224607.57-052635.0, обладающая светимостью 349×1012 светимостей Солнца, по состоянию на мая 2015 года являлась галактикой с самой большой светимостью среди всех известных галактик. Данный объект принадлежит к новому классу открытых WISE галактик — экстремально ярким инфракрасным галактикам.

Излучение от WISE J224607.57-052635.0 шло до нас 12,5 млрд лет.

Существуют три причины, по которым чёрные дыры в экстремально ярких инфракрасных галактиках могут быть чрезвычайно массивными. Во-первых, первоначальные чёрные дыры могут быть больше, чем считалось возможным ранее. Во-вторых, может нарушаться эддингтоновский предел светимости. Когда газ падает на чёрную дыру и разогревается, испускается излучение. Давление излучения выбрасывает газ вовне, что создаёт ограничения на темп поглощения газа чёрной дырой. Если предел Эддингтона преодолевается, то чёрная дыра теоретически может увеличиваться в размерах сравнительно быстро. Уже наблюдались чёрные дыры, нарушившие указанный предел. В-третьих, если чёрная дыра вращается не очень быстро, то может поглощать вещество в большем темпе.

Было открыто более 20 экстремально ярких инфракрасных галактик к настоящему времени.

Наблюдения

IRAS

Телескоп IRAS создал первый обзор неба в далёком инфракрасном диапазоне в 1983 году. В рамках обзоре были обнаружены десятки тысяч галактик, многие из которых не были найдены в предыдущих обзорах. По данным IRAS учёные смогли определить светимости наблюдаемых объектов. В течение миссии, продлившейся 10 месяцев, было обнаружено около 250 тысяч инфракрасных источников.

GOALS

Great Observatories All-sky LIRG Survey (GOALS) — многоволновый обзор ярких инфракрасных галактик, включающий наблюдения Больших обсерваторий и других космических и наземных телескопов. Для 200 наиболее ярких инфракрасных галактик ближней части Вселенной получены наблюдения на телескопах Spitzer, Hubble, Chandra и Galex. Были идентифицированы около 180 ярких и 20 ультраярких инфракрасных галактик. Исследуемые галактики включают в себя примеры всех типов ядер галактик (два типа активных ядер галактик, LINER, области со вспышками звездообразования) и различных стадий взаимодействия (крупные и малые слияния, изолированные галактики).

Примеры

Некоторые примеры ярких инфракрасных галактик.

Галерея

  • WISE J224607.57-052635.0 в представлении художника.

  • Галактика Южная Америка

  • 2MASX J05210136-2521450.

  • NGC 5010.

  • Ультраяркая инфракрасная галактика IRAS 19297-0406

  • Яркая инфракрасная галактика MCG-03-04-014

Свойства радиоконтинуума светящихся инфракрасных галактик. Выявление присутствия АЯГ в радиодиапазоне

A&A 574, A4 (2015)

Выявление присутствия АЯГ в радиодиапазоне

⋆, ⋆⋆

E. Vardoulaki 1 , V. Charmandaris 1 , 2 , 3 , E. J. Murphy 4 , T. Diaz-Santos 4 , 5 , L. Armus 4 , A. S. Evans 6 6. , Дж. М. Мацарелла 4 , G. C. Privon 6 , S. Stierwalt 6 и L. Barcos-Muñoz 6

1 Факультет физики, Критский университет, 71003 Ираклион, Греция

электронная почта: [email protected]

2 Институт астрономии, астрофизики, космических исследований и дистанционного зондирования, Национальная обсерватория Афин, 15236 Афины, Греция

3 Chercheur Associé, Парижская обсерватория, 75014 Париж, Франция

4 Центр обработки и анализа инфракрасного излучения, MS 100-22, Калифорнийский технологический институт, Пасадена, Калифорния, США

5 Nucleo de Astronomia de la Facultad de Ingenieria, Universidad Diego Portales, Av. Ejercito Libertador 441, Сантьяго, Чили

6 Кафедра астрономии, Университет Вирджинии, Шарлоттсвилль, Вирджиния, США

Получено: 3 мая 2014 г.
Принято: 11 августа 2014 г.

Резюме

Контекст. Светящиеся инфракрасные галактики (LIRG) представляют собой системы, покрытые пылью, которая поглощает большую часть их оптического/УФ-излучения и снова излучает его в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне. Радионаблюдения практически не зависят от затенения пылью, что позволяет нам беспристрастно изучать центральные области LIRG.

Цели. Основная цель этого проекта — изучить, как радиосвойства местных LIRG соотносятся с их инфракрасными спектральными характеристиками. Здесь мы представляем анализ свойств радиоконтинуума подмножества обзора Большого обсерватории LIRG (GOALS), который состоит из 202 близких систем ( z < 0,088). Наша радиовыборка состоит из 35 систем, содержащих 46 отдельных галактик, которые наблюдались на частотах 1,49 и 8,44 ГГц с помощью VLA с разрешением около 1 угловой секунды (FWHM). Цель проекта — использовать радиоизображения для исследования центральной части этих LIRG в поисках активных ядер галактик (AGN).

Методы. Мы использовали архивные данные на частотах 1,49 и 8,44 ГГц для создания карт радиоспектрального индекса, используя стандартное соотношение между плотностью потока S ν и частота ν , S ν ~ ν — α , где α — . Изучая пространственные вариации α , мы классифицировали объекты как радио-АЯГ, радио-СБ и АЯГ/СБ (смесь). Мы определили наличие активного ядра, используя радиоморфологию, отклонения от радио/инфракрасной корреляции и карты спектрального индекса с пространственным разрешением, а затем сопоставили это с обычным средним инфракрасным ([NeV]/[NeII] и [OIV] /[NeII] и эквивалентная ширина 6,2 мк м признак ПАУ) и оптическую (диаграмма BPT) диагностику АЯГ.

Результаты. Мы находим, что 21 из 46 объектов в нашей выборке (~45%) являются радио-АЯГ, 9 из 46 (~20%) классифицируются как звездообразования (SB) на основе радиоанализа и 16 (~ 35%) — AGN/SB. После сравнения с другой диагностикой АЯГ мы находим 3 объекта из 46 (~ 7%), которые идентифицированы как АЯГ на основе радиоанализа, но не классифицированы как таковые на основе диагностики среднего инфракрасного и оптического АЯГ, представленной в этом исследовании. .

Ключевые слова: галактики: активные / галактики: звездообразование / галактики: ядра / радиоконтинуум: галактики / инфракрасное излучение: галактики .u-strasbg.fr (130.79.128.5) или через http://cdsarc.u-strasbg.fr/viz-bin/qcat?J/A+A/574/A4

© ESO, 2015

Текущие показатели использования показывают совокупное количество просмотров статей (просмотры полнотекстовых статей, включая просмотры HTML, загрузок PDF и ePub, согласно имеющимся данным) и просмотров рефератов на платформе Vision4Press.

Данные соответствуют использованию на платформе после 2015 года. Текущие показатели использования доступны через 48-96 часов после онлайн-публикации и обновляются ежедневно в рабочие дни.

WISE1013+6112 — одна из самых ярких инфракрасных галактик, исследование показало

Изображение полного потока WISE1013+6112 при 154 мкм. Предоставлено: Тоба и др., 2019 г.

Используя Стратосферную обсерваторию для инфракрасной астрономии (SOFIA), астрономы исследовали инфракрасную галактику WISE J101326.25+611220.1 (или WISE1013+6112 для краткости). Исследователи сообщают, что WISE1013+6112 является одной из самых ярких инфракрасных галактик, известных на сегодняшний день. Об открытии сообщается в статье, опубликованной 12 декабря на arXiv.org.

Светящиеся инфракрасные галактики (LIRG) — это галактики, излучающие больше энергии в инфракрасной части спектра, со светимостью, превышающей 100 миллиардов солнечных светимостей. LIRG со светимостью, превышающей 100 триллионов солнечных светимостей, известны как чрезвычайно яркие инфракрасные галактики (ELIRG).

Предполагается, что инфракрасная светимость ELIRG обусловлена ​​звездообразованием, активностью активного галактического ядра (АЯГ) или тем и другим. Следовательно, исследования ELIRG могли бы пролить больше света на процесс формирования и эволюции галактик. Они также могут дать больше информации о связи этих галактик с их сверхмассивными черными дырами (СМЧД).

WISE1013+6112 с красным смещением 3,7 представляет собой чрезвычайно яркую галактику, скрытую пылью, которая была классифицирована предыдущими наблюдениями как кандидат в ELIRG. Теперь группа астрономов под руководством Йошики Тоба из Киотского университета, Япония, повторно исследовала эту галактику с помощью бортовой широкополосной камеры высокого разрешения SOFIA-plus (HAWC+), чтобы раскрыть ее свойства в дальнем инфракрасном диапазоне.

«В этой статье мы представляем последующие наблюдения чрезвычайно яркой DOG [затененной пылью галактики], WISE1013+6112, на 89и 154 мкм с использованием бортовой широкополосной камеры высокого разрешения (HAWC+: Harper et al. 2018) на 2,7-метровом телескопе стратосферной обсерватории для инфракрасной астрономии (SOFIA) (Temi et al. 2018). Эти наблюдения с помощью HAWC+/SOFIA позволяют нам определить FIR-SED [распределение энергии в дальнем инфракрасном спектре] WISE1013+6112», — написали астрономы в статье. Было обнаружено, что инфракрасная светимость этой галактики составляет приблизительно 162 триллиона солнечных светимостей, что делает WISE1013+6112 одной из самых ярких инфракрасных галактик, обнаруженных до сих пор во Вселенной.

Температура пыли WISE1013+6112 оказалась равной 89 К, а масса пыли галактики оценивалась примерно в 220 миллионов солнечных масс. Исследователи отметили, что температура пыли значительно выше, чем у других популяций, таких как галактики субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазонов. Более того, масса пыли в галактике относительно велика, и авторы статьи предполагают, что для ее образования на этом красном смещении требуется эффективный и быстрый процесс образования пыли.

«Возможно, необходимо рассмотреть эффективное образование пыли из металлов, чтобы произвести такую ​​большую массу пыли, учитывая красное смещение z = 3,7», — объяснили астрономы.

Исследование также показало, что WISE1013+6112 примерно в 203 миллиарда раз массивнее нашего Солнца, а его скорость звездообразования (SFR) составляет около 2810 солнечных масс в год.