Несмотря на свой небольшой размер, карликовые галактики играют существенную роль в космической эволюции, являясь своего рода "кирпичиками" в построении крупномасштабной структуры Вселенной. Эти миниатюрные системы также выступают предшественниками таких огромных образований, как наш Млечный Путь. Карликовые галактики не только поставляют материал для формирования массивных галактик, но и, возможно, хранят тайны возникновения первых звёзд и чёрных дыр. Однако из-за их небольшой массы, слабого гравитационного притяжения и сложного взаимодействия с газом их эволюция долгое время оставалась неясной.
Учёные Пэй-Чэн Тун и Кэ-Цзюн Чэнь из Академии Синика (Тайвань) разработали новаторскую космологическую симуляцию. Впервые с беспрецедентным пространственным и массовым разрешением они изучили совместную эволюцию карликовых галактик и окружающей их циркумгалактической среды (CGM). Результаты исследования были опубликованы в издании Astrophysical Journal.
Используя симуляцию IllustrisTNG в качестве основы, исследователи применили код GIZMO с методом "разделения частиц", увеличив разрешение моделирования отдельной галактики в 100 раз. Это позволило детально проанализировать многофазную газовую структуру и перенос металлов. Работа была выполнена с использованием суперкомпьютеров Национального центра энергетических исследований (NERSC).
Симуляции показали, что процесс формирования звёзд в карликовых галактиках на 40–70% зависит от притока холодного газа из CGM. Около половины этого газа является результатом рециркуляции, что подтверждает идею о галактике как части газовой "экосистемы". Также было отслежено, как металлы, высвобождаемые звёздами, переносятся галактическими ветрами в CGM, охлаждаются и возвращаются обратно, оказывая влияние на дальнейшее звездообразование.
Особый интерес представляет открытие, что даже на ранних этапах существования Вселенной чёрные дыры в центрах карликовых галактик демонстрировали интенсивную, но прерывистую аккрецию. Это согласуется с теорией о том, что такие галактики могли быть "колыбелью" сверхмассивных чёрных дыр, и находит подтверждение в данных, полученных с помощью телескопа Джеймса Уэбба.
Данное исследование устанавливает новые стандарты для моделей эволюции карликовых галактик и предоставляет проверяемые прогнозы для JWST, ALMA и будущего телескопа Нэнси Грейс Роман, в том числе распределение температуры и металлов в CGM, влияние аккреции чёрных дыр на светимость галактик и временные масштабы рециркуляции металлов. Доктор Кэ-Цзюн Чэнь отметил, что теперь симуляции достигли уровня точности, достаточного для сравнения с наблюдениями. Объединяя их, мы приближаемся к ответам на главные вопросы: как формировались первые галактики и как росли первые чёрные дыры.
Результаты работы ученых опубликованы в последнем номере Astrophysical Journal.
Изображение: схематическая диаграмма иллюстрирует области, занимаемые карликовой галактикой, окологалактической средой (ОГС) и межгалактической средой (МГС). На рисунке внутренняя область галактики (от 0 до 0,2 радиуса гало) показана синим цветом, промежуточная кольцеобразная область (от 0,2 до 1 радиуса гало) показана розовым цветом, а внешняя область (более 1 радиуса гало) соответствует МГС. Белые стрелки на диаграмме показывают барионный цикл галактики, включая притоки из ОГС, оттоки из МГС и рециркуляцию газа внутри МГС. Источник: ASIAA/Pei-Cheng Tung
