За допомогою комп’ютерного моделювання астрономи наблизилися до розгадки походження кулястих скупчень, одних із найдавніших зоряних об’єктів у Всесвіті. Ключем виявилися умови, за яких перші такі системи формувалися мільярди років тому, зокрема швидкість обертання і кількість газу. Скупчення, що оберталися повільно і були насичені газом, найбільше нагадують ті, що сьогодні оточують Чумацький Шлях.
Давнє питання
До найстаріших об’єктів у Всесвіті належать кулясті скупчення. Ці щільні згустки сотень тисяч зір обертаються навколо галактик на кшталт Чумацького Шляху вже понад десять мільярдів років.
Попри поважний вік і поширеність, астрономи досі не змогли остаточно пояснити, звідки вони походять. Довгий час панувала гіпотеза про виникнення таких систем у бурхливому газовому середовищі раннього Всесвіту, однак конкретні умови їхнього формування залишалися поза межами розуміння.
Два сценарії формування
Дослідники скористалися симуляцією високої роздільної здатності MassiveBlackPS, щоб порівняти два типи молодих скупчень раннього Всесвіту. Одні виникали всередині обертального диска галактики, у щільній і турбулентній зоні, де відбувається більшість зореутворення. Інші з’являлися у тихіших філаментарних структурах, розкиданих у розрідженому газі за межами галактичного диска.
Саме цю другу категорію автори образно назвали cosmic wallflowers, за аналогією з тими, хто на танцях залишається біля стіни осторонь загального руху. Команду очолив Флор ван Донкелаар з Кембриджського університету, за даними phys.org. Препринт з описом результатів опубліковано на сервері arXiv наприкінці червня, тож висновки ще не пройшли офіційного рецензування.
Роль швидкості обертання
Ключовою характеристикою виявився темп обертання, від якого залежить подальша доля новонароджених скупчень. Дискові системи народжуються у вже швидко закрученому середовищі материнського диска і самі рухаються не менш стрімко.
У cosmic wallflowers розкид набагато ширший, від майже нерухомих до тих, що крутяться з високою швидкістю. Повільно обертальна частка має меншу щільність, а за своїми властивостями збігається з сучасними кулястими скупченнями нашої галактики. Саме її автори вважають найвірогіднішим кандидатом на роль предка стародавніх систем Чумацького Шляху.
Дві долі
Швидкообертальна частка cosmic wallflowers за динамікою нагадує дискові аналоги і навряд чи проіснує достатньо довго, щоб перетворитися на кулясте скупчення. Такі щільні системи вразливі до припливних сил материнської галактики, які руйнують їх упродовж мільярдів років. Автори не виключають, що саме ці об’єкти могли дати початок масивним чорним дірам через неконтрольовані зіткнення зір у своєму ядрі.
Одна з важливих закономірностей стосується зв’язку між кількістю газу і темпом обертання. Багаті на газ cosmic wallflowers виявлялися повільними, а якщо ці системи зберігають запаси і в них триває активне зореутворення, то з’являються хімічно неоднорідні багатопопуляційні структури, характерні для сучасних кулястих скупчень.
Обмеження і плани
Модель відтворює скупчення в момент народження і не простежує їхньої подальшої еволюції, тож питання довгострокового виживання поки що залишається без остаточної відповіді. Команда планує детальніше проаналізувати динаміку газу навколо новонароджених систем, аби з’ясувати, що саме визначає їхній початковий рисунок обертання.
Дослідження перегукується з нещодавніми знахідками, отриманими з допомогою телескопа James Webb. На високих червоних зміщеннях вдалося зафіксувати несподівано щільні і масивні зоряні скупчення, а сценарій формування поза диском галактики пропонує їм природне пояснення. З того самого механізму також випливає, звідки могло з’явитися насіння надмасивних чорних дір, які виявляють у молодих галактиках раннього Всесвіту.
