Астрофизики из университета Калифорнии, Риверсайд, обнаружили необычно крупную галактику, существовавшую около 12 миллиардов лет назад, на весьма раннем этапе развития Вселенной. Галактика XMM-2599 порождала новые звёзды с аномально высокой скоростью, но затем быстро перешла в спокойную фазу существования. Такие ранние галактики, резко закончившие свою эволюцию, очень необычны и не укладываются в сегодняшние представления. Статья международной исследовательской группы об этом открытии вышла 5 февраля в The Astrophysical Journal Letters.
Галактика XMM-2599 на звёздном небе находится примерно в районе экватора. Как следует из каталожного названия, она выбрана как целевой объект из обзора космического телескопа XMM-Newton (предназначенного для наблюдений в рентгеновском диапазоне, но имеющего также околооптические каналы). Космологическое красное смещение галактики 3,493, что соответствует расстоянию около 12 миллиардов световых лет.
Масса галактики составляла 300 миллиардов солнечных масс, что необычно для первых галактик, существовавших в первые 1—2 миллиарда жизни Вселенной. Она, таким образом, относится к классу «ультрамассивных галактик». Кроме того, скорость формирования новых звёзд в ней составляла около 1000 солнечных масс в год. Для сравнения: масса нашей Галактики около триллиона солнечных масс, а скорость формирования звёзд в ней составляет две-три солнечные массы в год.
Однако эта ранняя галактика «жила быстро и умерла молодой»: интенсивное формирование звёздной материи продолжалось в ней всего полмиллиарда лет, и в настоящее время мы наблюдаем спокойную галактику, уже вышедшую из стадии активного формирования звёзд. Учитывая раннее формирование галактики и её значительную массу, этот переход в спокойную стадию по галактическим меркам произошёл очень быстро.
Спектроскопические данные, позволившие реконструировать эволюцию галактики, получены в обсерватории Кека на Гавайях, на спектрографе MOSFIRE (Multi-Object Spectrograph for InfraRed Exploration). Для таких удалённых объектов состояние галактики определяется по особенностям её спектра: именно, изучаются так называемые UVJ-диаграммы, предложенные как инструмент различения типов галактик в 2009 году. На двух осях таких диаграмм откладываются разницы величины сигнала в спектральных полосах U,V (U-V) и V, J (V-J) с поправкой на красное смещение галактики. U, V, J — это стандартные фотометрические обозначения для набора спектральных полос, используемого в астрономии (U — 365 нм, ультрафиолет, V — 551 нм, видимый свет, J — одна из инфракрасных полос с длиной 1220 нм).
Методика отдалённо напоминает составление карт вегетации методом спутниковой, аэро- или дроновой съёмки. При этом используется какой-либо один или несколько «индексов вегетативности». Один из распространённых показателей, встроенный во множество программных пакетов для дронов для нужд сельского хозяйства — NDVI (normalized difference vegetation index), где вычисляется нормализованная разность между отражающей способностью участка в красном и инфракрасном диапазоне: области с густой растительностью хорошо отражают волны в инфракрасном диапазоне (I), но поглощают красный свет (R), поэтому карты разности I-R позволяют легко определить интенсивность вегетации.
Это позволяет разграничить две большие группы галактик: с активным формированием звёзд и «спокойные» (quiescent), которые занимают разные области на UVJ-диаграмме. Подключение фотометрических данных в ближнем инфракрасном диапазоне позволяет решить давнюю проблему астрофизиков: как различить оптически «красные» галактики, которые стали такими из-за возраста или из-за поглощения света межзвёздной пылью (признак галактик с активным формированием звёзд). Используют классификации спектра галактик и по другим полосам, но именно система UVJ в последнее десятилетие стала популярным инструментом для удалённых объектов.
Сверхмассивные галактики, образовавшиеся так рано, встречаются достаточно редко, хотя модели предсказывают их появление. По нашим представлениям, мы должны наблюдать их всё ещё в стадии активного формирования звёзд. Однако спокойная гигантская галактика на таких больших расстояниях, то есть завершившая активную фазу эволюции даже до образования нашей собственной галактики — неожиданность. Причины внезапного прекращения активности в галактике XMM-2599 неясны, и существующие модели пока что этого не предусматривают. Возможно, в последующей истории развития (свет от которой ещё не дошёл до нас) эта галактика стала центром притяжения для соседних меньших галактик и превратилась в «ярчайшую галактику скопления» (BCG, Brightest cluster galaxy) — класс объектов, включающий наиболее массивные известные нам галактики во Вселенной.
