Ученые построили модель Внегалактического фонового излучения – излучения от звезд и пыли, испущенное за все время эволюции Вселенной. Это помогло понять, сколько живут и как выглядят гигантские молекулярные облака (ГМО), где рождаются молодые звезды. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Кратко о результатах рассказывается в пресс-релизе РНФ.
Если направить телескоп на самый темный участок неба, он все равно будет регистрировать излучение. Наверное, самое известное излучение такого рода лежит в микроволновом диапазоне и называется реликтовым. Оно было испущено, когда возраст Вселенной достигал всего лишь 400 тысяч лет. Однако в ультрафиолетовом оптическом и инфракрасном диапазонах присутствует излучение с совершенно другим механизмом образования. Это Внегалактическое фоновое излучение, суммарное излучение всех звезд и космической пыли, испущенное за все время эволюции Вселенной.
«Зарегистрировать фоновое излучение экспериментально очень трудно, поскольку нужно учитывать множество параметров, в том числе скорость звездообразования и количество пыли. Начиная с 90-х годов стало понятно, что основная доля ультрафиолетового излучения производится звездами, а инфракрасное излучение и молодые звезды рождаются в гигантских молекулярных облаках из частичек пыли. Тем не менее оставалось неясно, какие параметры эволюции звезд и ГМО существенны для фонового изучения, а какие – нет. Недавно мы построили модель Внегалактического фонового излучения, позволяющую в режиме реального времени варьировать астрофизические параметры, от которых зависит наблюдаемый спектр излучения», – сообщает Григорий Рубцов, доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе Института ядерных исследований РАН.
Аспирант Александр Корочкин под руководством Рубцова определил разрешенные области значений каждого из параметров модели. Для этого он выполнил обход пространства параметров методом случайного блуждания, который носит название метода Монте-Карло марковских цепей. Суть проста: в каждой точке пространства параметров выполнялся расчет спектра Внегалактического фонового излучения и его сравнение с описанными выше экспериментальными ограничениями.
Предложенный метод позволил определить характеристики облаков. Оказалось, что типичное гигантское молекулярное облако живет около 6 миллионов лет и имеет радиус около 6 парсек, что составляет приблизительно 20 световых лет (ближайшая к Солнечной системе звезда – Проксима Центавра – находится на расстоянии 4,2 световых лет, или 40 триллионов километров).
С другой стороны, в нашей Галактике известны и намного более крупные облака, с радиусом порядка 100 парсек. Однако это видимое противоречие разрешается тем, что с началом звездообразования облако разбивается на более мелкие области так, что в центре каждой из областей находятся молодые звезды. Именно такие области независимо участвуют в формировании фонового излучения, а их размер согласуется с оценкой ученых.
«Из параметров, определяющих эволюцию Вселенной в целом, удалось определить диапазон возможных значений скорости звездообразования. Эта величина показывает, какая масса звезд рождается в единице объема в единицу времени. Слишком высокая скорость звездообразования приводит к противоречию с данными прямых наблюдений фонового излучения, в то время как слишком медленное звездообразование противоречит данным, полученным в результате подсчета излучения отдельных галактик. Кроме того, оказалось, что ни при каких значениях других параметров невозможно воспроизвести результаты наблюдений, если предположить, что звездообразование началось поздно. Это является независимым подтверждением того, что звездообразование началось при красных смещениях, превышающих 4, то есть не позднее, чем через 1,5 миллиарда лет от рождения Вселенной», – уточняет Александр Корочкин.
В будущем Внегалактическое фоновое излучение может стать высокоточным инструментом для исследования эволюции звезд и галактик.
