Моделирование Flatiron Institute: излучение Лайман-альфа выдувает газ из ранних галактик

Исследователи из Flatiron Institute Фонда Саймонса в Нью-Йорке и Техасского университета в Далласе сообщили, что ультрафиолетовое излучение Лайман-альфа от скоплений молодых звёзд способно выбрасывать газ и пыль из ранних галактик, пишет EurekAlert. Работа опубликована 4 ноября в The Astrophysical Journal. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗ На снимках космического телескопа «Джеймс Уэбб» ярких галактик в первые несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва больше, чем ожидалось; авторы предлагают этот эффект как часть объяснения. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

Излучение Лайман-альфа и его давление

Излучение Лайман-альфа возникает при столкновении электрона с атомом водорода или при соединении электрона с ионом водорода. Газ или пыль, поглотившие его, получают импульс и отлетают наружу, и на образование звёзд остаётся меньше вещества. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

От большинства других видов света оно отличается поведением. Атомы водорода переизлучают его почти мгновенно на той же длине волны, поэтому соседние атомы могут поглощать его многократно, прежде чем оно вырвется наружу. Из-за этого световое давление велико, но каждое взаимодействие приходится учитывать, и прямое моделирование затруднено. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

Результаты моделирования: плотные и разреженные области

Шьям Менон из Центра вычислительной астрофизики Flatiron Institute, ведущий автор, и Аарон Смит из Техасского университета в Далласе не моделировали это переизлучение напрямую. Они проанализировали кадры существующей симуляции области звездообразования в ранней Вселенной и рассчитали силу, с которой давление Лайман-альфа действовало бы на её газ и пыль. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

В плотных средах давление наружу оказалось недостаточным, чтобы преодолеть гравитацию. Вещество отлетало, но оставалось связанным со звёздной колыбелью, поэтому излучение, вероятно, не оказывало там сильного влияния на звездообразование. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

В менее плотных промежутках между звёздами, где гравитация слабее, излучение пересилило её. «Когда плотность достаточно низкая, излучение Лайман-альфа может разгонять газ до очень высоких скоростей, создавая взрывные ветры, которые выбрасывают вещество за пределы галактики», — сказал Менон. Очистка межзвёздного пространства от рассеянного газа и пыли открывает прямую линию обзора на звёзды, что, вероятно, вносит вклад в яркость ранних галактик. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

Менон отметил, что для понимания пыли в ранней Вселенной нужны дальнейшие исследования. Полная картина требует симуляций, согласованно учитывающих излучение Лайман-альфа, потоки газа и звездообразование. Улоф Небрин из Стокгольмского университета и Смит показали, что эти эффекты можно моделировать в двух измерениях. Менон надеется, что с ростом вычислительной мощности и более эффективными алгоритмами станут возможны трёхмерные симуляции. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗