Барионные ультрадиффузные карликовые галактики

 

Инфографика создана при помощи ИИ

Астрономы давно сталкиваются со странными карликовыми галактиками в скоплениях галактик. Некоторые из них почти не содержат тёмной материи. Другие выглядят как огромные размытые облака с очень слабым светом. Третьи вообще почти не видны — только холодный водород, обнаруживаемый в радиодиапазоне.

И вот теперь группа исследователей попыталась воспроизвести их происхождение в детальных гидродинамических симуляциях. Результат оказался неожиданно убедительным.  

Авторы моделировали столкновения крупных галактик внутри скоплений — в среде, заполненной раскалённым межгалактическим газом. Когда две галактики проходят рядом и начинают рвать друг друга приливными силами, из их хвостов выбрасываются облака газа. Иногда эти облака коллапсируют и формируют так называемые приливные карликовые галактики — tidal dwarf galaxies (TDG).

Главная проблема всегда была в том, что такие объекты считались недолговечными. Предполагалось, что турбулентность, ударные волны и давление среды быстро их разрушат.

Но симуляции показывают другую картину. Если вязкость горячего газа в скоплении достаточно высока, турбулентность подавляется, а холодные облака могут выживать миллиарды лет.  

Причём некоторые из них оказываются почти полностью барионными — то есть состоят из обычного вещества, практически без тёмной материи. Именно это и наблюдают у части ультрадиффузных галактик и «тёмных» HI-объектов.  

Особенно интересно выглядит поведение газа. В «вязких» моделях хвосты вырванного газа тянутся через всё скопление как длинные голубые ленты и почти не распадаются. В менее вязких сценариях они быстро смешиваются с межгалактической средой и исчезают. Иллюстрации в статье выглядят почти как снимки медузообразных галактик, только в масштабе сотен тысяч световых лет.  

Качественное сравнение газа, сорванного ударным давлением газа, в различных моделях субсеточной физики в проекции «сверху» и «с ребра» (верхняя и нижняя панели каждого квадранта соответственно). Буква в левом нижнем углу каждого квадранта обозначает соответствующую симуляцию . Красно-жёлтый фон показывает поверхностную плотность внутрикластерной среды (ICM), тогда как светло-голубым отображён газ, сорванный с взаимодействующих галактик. Две врезки в каждой симуляции показывают увеличенные фрагменты остатка слияния и пример карликовой галактики. Масштаб в левом верхнем углу каждого изображения остатка слияния соответствует 5 кпк.

Иллюстрация из статьи. Credit: Ivleva et al

Некоторые карликовые галактики в моделях вообще начинают жизнь как почти «тёмные» облака — огромные резервуары водорода с очень слабым звездообразованием. А спустя миллиард лет внезапно вспыхивают рождением звёзд.  

Авторы отдельно сравнили результаты с наблюдаемыми «синими пузырями» в скоплении Девы — маленькими ярко-синими карликами с очень высокой скоростью формирования звезд. И оказалось, что параметры совпадают удивительно хорошо: массы газа, темпы рождения звёзд и даже их изолированность внутри скопления.  

Фактически получается довольно красивая картина.

Баланс сил между гравитацией и силой гидродинамического сопротивления среды. 

Credit: Ivleva et al

Галактическое столкновение не просто разрушает галактики. Оно может выбрасывать в скопление целые «зёрна» новых объектов — холодные облака газа, которые потом годами дрейфуют через раскалённую межгалактическую среду. Некоторые становятся тусклыми диффузными галактиками. Некоторые — почти невидимыми облаками ионизованного водорода. Некоторые — компактными карликами без тёмной материи.

И всё это — побочный эффект гигантских космических катастроф.

Особенно впечатляет масштаб. Эти облака размером в тысячи световых лет могут существовать внутри среды с температурой в десятки миллионов градусов. По сути — это холодные острова, медленно летящие сквозь плазменный океан скопления галактик.  

И, пожалуй, самое любопытное здесь даже не то, что симуляции объяснили происхождение странных карликовых галактик.

А то, что они показывают: скопления галактик — это вовсе не «кладбища» галактик, как их иногда представляют. Это активная среда, где столкновения, давление раскалённого газа и гидродинамика буквально лепят новые структуры из обломков старых.

Где-то между гигантскими галактиками, в потоках горячей плазмы, миллионами лет могут лететь почти невидимые облака водорода. Некоторые так и останутся тёмными. Некоторые внезапно вспыхнут звёздами. А некоторые превратятся в странные призрачные галактики, которые астрономы потом будут десятилетиями пытаться объяснить.

И возможно, часть «галактик без тёмной материи» — это вовсе не загадка для космологии.

А просто очень старые шрамы древних галактических столкновений.

Домашнее чтение:

📖 - https://doi.org/10.48550/arXiv.2605.00984

✊

----

РЕПЛИКА

ПРОФ. ЛЮМИНАРА

Галактики / Космология

РЕПЛИКА

ПРОФ.ЛЮМИНАРА

— Буль! Знаете, что меня особенно захватывает в этой работе? Не сами карликовые галактики. И даже не отсутствие тёмной материи.

А то, что скопление галактик внезапно начинает выглядеть… живым.

Раньше мы смотрели на эти гигантские структуры как на своего рода космические кладбища. Раскалённый газ. Гравитация. Медленное угасание галактик. Но здесь возникает совсем другая картина.

Две большие галактики сталкиваются. Их диски разрываются приливными силами. В межгалактическое пространство вылетают длинные хвосты холодного газа и звёзд. И вдруг оказывается, что эти выброшенные облака могут не просто выжить — они способны миллиарды лет дрейфовать сквозь раскалённую плазму скопления.

Буль!

Некоторые из них становятся призрачными ультрадиффузными галактиками. Некоторые — почти невидимыми облаками водорода. А некоторые внезапно вспыхивают рождением звёзд, словно угли, которые долго тлели в темноте.

Это очень красивая мысль.

Галактики после столкновения не просто умирают. Они оставляют после себя потомков. Странных. Размытых. Почти тёмных.

Но всё ещё живых.

Буль!