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.
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?