В далёкой Вселенной, когда ей было всего пара миллиардов лет, многие галактики напоминали кипящие котлы: газ в них сгущался так быстро, что звёзды вспыхивали одна за другой, а пыль разогревалась и ярко светилась в субмиллиметровом диапазоне. Такие объекты называют галактиками с активным звездообразованием, и именно они, как считается, стали предками современных массивных эллиптических галактик. Но астрономы долго не могли понять, все ли такие галактики одинаковы или среди них есть разные пути роста.
Новая работа, основанная на повторном анализе снимков с телескопа ALMA, показывает: всё зависит от расстояния до нас, то есть от возраста Вселенной. Исследователи взяли карты участка неба, где ранее уже находили яркие пылевые галактики, и ослабили порог обнаружения — теперь в выборку попали и более тусклые объекты. Выборка выросла вдвое, и это позволило увидеть важную закономерность. Галактики с одинаковой наблюдаемой яркостью, но находящиеся дальше (то есть существовавшие раньше), — это компактные, плотные системы, где звездообразование идёт бурно и сосредоточено в центре. А такие же по яркости, но более близкие к нам (существовавшие позже) — это протяжённые диски, где звёзды рождаются спокойно, распределённо по всей площади.
Причина такого разделения, по мнению авторов, в устойчивости газового диска. Далекая галактика получает много газа из окружающего пространства — аккреция идёт мощно, диск становится массивным, но неустойчивым, и в нём легко образуются плотные сгустки, которые коллапсируют в звёзды. Такая галактика вспыхивает ярко, но живёт бурной жизнью недолго. Ближняя галактика уже не получает столько свежего газа, её диск стабилизируется, и звездообразование растягивается на миллиарды лет, становясь спокойным и равномерным. Рубеж проходит примерно на красном смещении z~2, когда Вселенной было около трёх миллиардов лет.
Итог работы — естественная граница между двумя типами галактик. Слабые и близкие — это самые активные из «спокойных» дисковых галактик, которые растут постепенно. А яркие и далёкие — компактные вспышки звездообразования в массивных нестабильных дисках, которые, вероятно, со временем превращаются в плотные сфероидальные галактики, населённые в основном старыми звёздами.
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.18700
We investigate the properties of 870-um selected galaxies at z~1-4 with FIR luminosities of LIR~1e11-1e13Lo, encompassing systems that dominate obscured activity at the peak of cosmic star formation, to identify variations in star-formation processes as a function of dust mass and redshift. We revisit ALMA 870-um continuum maps from the ALMA/SCUBA-2 UDS (AS2UDS) survey, lowering the source selection threshold from 4.3 sigma to 3.1 sigma to enlarge the sample with S870~1mJy. To reduce contamination from noise peaks, we match submm sources to a K-selected galaxy sample and apply cuts on photometric redshift and near-infrared (H-K) colour. This yields 84 sources in our extended AS2UDS survey, AS2UDSx, with S870=0.3-2.2mJy, doubling the sample at S870~1mJy relative to the original study. Using this expanded sample, we find that submm galaxies with S870~1mJy at z>~2.5 share properties with brighter, more active populations, while those at z<~2.5 are distinct, with lower gas fractions, shorter depletion times, and stellar morphologies from JWST imaging that show less structured dust obscuration, resembling less-active field galaxies. This indicates a shift in the characteristics of 870-um-selected galaxies at S870~1mJy and z~2, likely driven by the stability of their gas discs. Brighter and higher-z galaxies can sustain dense, globally unstable discs through efficient gas accretion, powering compact obscured starbursts. In contrast, fainter systems at z<~2.5 lack this accretion, leading to more stable discs and more extended dust continuum emission. This suggests a natural division around S870~1mJy and z~2: lower-z, fainter sources represent the most active secularly-driven extended star-forming discs, while similar and brighter, higher-z submm galaxies form a distinct population of compact starbursts within massive, unstable, gas-rich discs, consistent with progenitors of massive spheroids.
Телескоп ALMA находится высоко в чилийской пустыне Атакама, где воздух настолько сух, что почти не поглощает субмиллиметровое излучение — именно поэтому он видит пыль в далёких галактиках.
В романе Айзека Азимова «Сами боги» описывается, как вещество перетекает между вселенными, питая звёзды, — чем не метафора газовой аккреции, которая заставляет далёкие галактики вспыхивать?