Термин, определяющий многие ультраяркие инфракрасные галактики, схож с теми, что были открыты космической обсерваторией IRAS, – галактика со вспышкой звездообразования: это галактики, формирующие звезды со скоростями, в несколько сотен раз превышающими скорости рождения звезд в нашей Галактике (хотя, оказывается, инфракрасный выход некоторых ультраярких галактик приходит из активного галактического ядра – растущей сверхмассивной черной дыры, – а не в результате звездообразования). Галактики со вспышкой звездообразования – важный вид в таксономии галактик. Одна из самых известных местных звездообразующих галактик – M82, ее также зовут Сигарой из-за специфической формы.
M82 находится на расстоянии около 3,5 Мпк или примерно в 18 см от Млечного Пути в нашей метровой кубической модели, и входит в состав небольшой группы галактик, включающей спиральную галактику M81 и меньшие галактики – NGC 3077 и NGC 2976 (от англ. New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars – Новый общий каталог туманностей и звездных скоплений; составлен астрономом Джоном Людвигом Эмилем Дрейером в конце XIX века). M82 – архетипическая галактика со вспышкой звездообразования, яркая в инфракрасном диапазоне, но также видимая и в оптических полосах. Она производит звезды со скоростью несколько десятков солнечных масс в год – в 10 раз быстрее Млечного Пути. Из-за своей близости и, следовательно, простоты изучения M82 часто используется в качестве прототипа и полезного образца для изучения и сравнения подобных галактик в далекой Вселенной. Одна из самых поразительных вещей в M82 – это суперветер, исходящий из основной ее части во внегалактическое пространство.
Изображение M82 в оптическом свете показывает довольно иррегулярную, но почти дискообразную галактику, наклоненную в нашу сторону. Туманные оранжево-голубые оттенки звездного населения пронизаны более темными бороздами пыли, хотя на самом деле бо́льшая часть действий происходит вблизи ядра галактики. Однако если мы возьмем изображение в H-альфа (таким образом обнаруживая ионизированный газообразный водород) и рентгеновском свете (отслеживая очень горячую плазму), то увидим извержение горячего газа, вытекающего со всех сторон диска в два огромных конусовидных протуберанца. Такой процесс называется эмерджентным суперветром, когда газ выдувается из галактики в окружающую ее среду. Наблюдения на других длинах волн показывают, что эти потоки также содержат холодный газ и пыль, смешанную с более горячим веществом, которое, скорее всего, было подхвачено ветром, когда он вытекал из M82 со скоростью миллионы километров в час.
Это и есть интенсивное звездообразование, происходящее в компактном газовом резервуаре глубоко в галактике, которая движет этим ветром. Высокая скорость звездообразования приводит к увеличению скорости детонации сверхновых. Когда сверхновая детонирует, большое количество высвобождаемой кинетической энергии оказывает давление на окружающую среду, сметая и продвигая материю (газ, пыль и все, что находится на пути), как ветер. При взрывах сразу множества сверхновых в межзвездную среду поступает огромное количество энергии. Если вы объедините ее со звездными ветрами, сгоняемыми с отдельных звезд, то в результате получите шторм, пронизывающий галактику. Если этот ветер сталкивается с другим материалом, таким как газ и пыль, то может вызвать ударную волну, в результате чего температура поднимется, о чем свидетельствуют рентгеновское излучение и ионизированные газы. Достаточно сильные ветра могут вырываться из галактики, посылая межзвездный материал в межгалактическое пространство, как это и происходит в случае с M82.
Подобно взрыву, сливающаяся галактика IC 883 показывает последствия галактического столкновения, когда звездные раковины, пучки и приливные структуры, очевидно, взрываются от яркой хаотической массы звезд, газа и пыли. Результатом стал взрыв звездообразования, что характерно для слияний галактик – важных событий в истории их жизни. Многие галактики проходят процессы взаимодействия и слияния, и некоторые из самых интенсивно звездообразующих галактик во Вселенной стали такими именно в результате этих процессов
Еще одна сливающаяся система, разорванная в процессе гравитационного балета, – галактика ESO 77-14
Квинтет Стефана – группа галактик, открытых Эдуардом Жан-Мари Стефаном в XIX веке. Голубая галактика в левом нижнем углу физически не связана с группой, но помимо нее есть три красные галактики, находящиеся в процессе слияния. Это взаимодействие морфологически нарушает галактики, вырывает газ и звезды и запускает новые процессы звездообразования в нарушенной материи. Снимок показывает это в веере звезд в верхнем левом углу центральной красной галактики: пятна красного и синего цветов указывают на присутствие ионизированного газа (области HII), а молодые голубые звезды образуются в облаках возмущенного, коллапсирующего газа, выдавленного из диска галактики
Галактики типа М82 – сегодня довольно редкие объекты. Фактически, если сложить все данные, среднее число звездообразований во всех галактиках современной Вселенной довольно сбалансировано. Одним из главных достижений в области изучения эволюции галактик за последние несколько десятилетий стало открытие того, что в прошлом средняя скорость звездообразования во Вселенной была намного выше. Все астрономические исследования, которые ее измеряли, указывают на то, что скорость звездообразования относительно прошлого устойчиво растет, подразумевая, что скорость роста галактики в течение некоторого времени снижалась. Чтобы отследить эволюционные изменения, нужно взглянуть на большие образцы галактик, видимых на разных красных смещениях (помните, что свету требуется очень много времени, чтобы добраться до нас; поэтому, когда мы смотрим на галактики с высоким красным смещением, мы видим прошлое Вселенной). Галактики, схожие по свечению с M82, были куда более распространены в ранней Вселенной, и это – те виды систем, которые мы пытаемся наблюдать с помощью телескопа SCUBA-2, потому что такие галактики хорошо видны на дальних инфракрасных волнах и их можно обнаружить в субмиллиметровых полосах.
В начале 1980-х годов канадский астроном Пол Хиксон составил каталог компактных групп галактик. Во Вселенной существует иерархическая структура, и эти группы представляют собой области промежуточной плотности между средой низкой плотности изолированных «полевых» галактик и шумными роями галактик, населяющих богатые скопления. На снимке изображена компактная группа Хиксон 90: совершенно очевидно, что между двумя эллиптическими галактиками другая – вероятно, та, что прежде была спиралью, – разрывается гравитационными приливными силами. Прекрасный пример насильственной эволюции, которую галактики переживают в групповой среде, например такой, как изображена здесь
