JWST раскрыл разнообразие путей затухания звездообразования в древних галактиках

Международная группа астрономов представила первые пространственно-разрешённые данные о возрасте, содержании железа и альфа-элементов (магний, кремний) в трёх сверхмассивных галактиках с красным смещением z ~ 3.5. Это соответствует эпохе, когда Вселенной было около 1.5–2 миллиардов лет. Исследование выполнено на основе спектроскопии интегрального поля инструмента NIRSpec космического телескопа Джеймс Уэбб.

Все три галактики являются «покойными» — в них практически прекратилось образование новых звёзд. Их масса превышает 10?? солнечных, а эффективный радиус менее 2 килопарсек, то есть они очень компактны. До сих пор считалось, что такие объекты могли быстро исчерпать газ из-за собственных процессов или внешних воздействий, но детали оставались неясными.

Наблюдения показали, что центральные области всех трёх галактик имеют молодой возраст (всего 0.6–0.7 миллиарда лет на момент наблюдения) и повышенное содержание альфа-элементов. Это указывает на то, что перед затуханием там произошла кратковременная вспышка интенсивного звездообразования, обогатившая газ продуктами взрывов сверхновых II типа.

Две из трёх галактик демонстрируют положительный градиент возраста (ядро моложе окраин) и отрицательный градиент альфа-элементов. Такая картина согласуется со сценарием быстрого затухания, вызванного слиянием с другой галактикой: при столкновении газ перемещается к центру, запускается звёздная вспышка, а затем остатки газа выметаются активным ядром или звёздным ветром.

Третья галактика, напротив, имеет почти однородный возраст по всему диску. Это говорит о равномерном, синхронном завершении звездообразования по всей галактике — возможно, из-за истощения запасов холодного газа или нагревания его излучением от центральной чёрной дыры.

Исследователи также отметили, что использование моделей с учётом альфа-усиления (характерного для быстрых вспышек) даёт значения металличности на 0.2–0.4 dex отличающиеся от стандартных солнечных шаблонов. Это подчёркивает необходимость аккуратного выбора моделей при анализе ранних покойных галактик.

Полученные данные — первый прямой наблюдательный аргумент в пользу того, что уже в первые два миллиарда лет после Большого взрыва механизмы остановки звездообразования в массивных галактиках были разнообразными. Работа подтверждает, что слияния играли важную роль в эволюции некоторых из них, но не были единственным путём.