Przejdź do głównej zawartości

Masywne galaktyki dyskowe w lokalnym Wszechświecie

Jedną z szeroko rozpowszechnionych teorii wzrostu i ewolucji galaktyk w czasie kosmicznym jest proces zwany wzrostem hierarchicznym. W scenariuszu tym mniejsze galaktyki łączą się ze sobą, tworząc większe galaktyki, co tłumaczy, dlaczego tej najbardziej masywne, jakie widzimy, żyją we Wszechświecie lokalnym. Istnieją dwa główne typy galaktyk: spiralne i eliptyczne, często zwane dyskowymi i sferoidalnymi.


Ponieważ łączenie się galaktyk zaburza pływowo pary galaktyk, gwiazdy na początkowo uporządkowanych orbitach wewnątrz galaktyk mają tendencje do zakłócania i umieszczania na przypadkowych orbitach. Oznacza to, że najbardziej masywne galaktyki, które powstały w wyniku wielokrotnych dużych połączeń, są zazwyczaj sferoidalne. Mimo to około 10% galaktyk masywniejszych niż ~4 masy Drogi Mlecznej ma znaczące dyski. Ponieważ liczba dużych połączeń galaktyk jest wysoce zależna od ich masy gwiazdowej, prawdopodobne jest, że wszystkie masywne galaktyki przeszły podobną ilość dużych połączeń w kosmicznym czasie. Jeżeli jest to prawda, dlaczego widzimy masywne galaktyki z dyskami w lokalnym Wszechświecie?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, astronomowie przeprowadzili symulacje Wszechświata wykorzystując symulacje Horizon-AGN obejmujące zarówno sprzężenie gwiazdowe, jaki i AGN (aktywne jądra galaktyczne), które przekazują galaktyce energię, pęd i wzbogaconą materię. Dzięki swoim symulacjom astronomowie mogą bardzo szczegółowo śledzić ewolucję gwiazd, czarnych dziur i morfologię galaktyk w czasie. Historie łączenia się galaktyk są śledzone od przesunięcia ku czerwieni z=3 do z=0.06 (zakres prawie 11 mld lat) w odstępach czasu ok. 130 mln lat.

Morfologia galaktyk jest częściowo określona przez ruchy gwiazd w galaktyce. Autorzy pracy obliczyli stosunek średniej prędkości wirowej (v) do średniej dyspersji prędkości (\sigma) gwiazd w galaktyce. Wysokie wartości stosunku wskazują na galaktyki dyskowe a niskie na galaktyki sferoidalne. Analizując galaktyki we Wszechświecie lokalnym, poprzednia praca zdefiniowała separację między galaktykami dyskowymi i sferoidalnymi jako v/\sigma = 0.55. Autorzy zauważają, że galaktyki dyskowe badane w ich pracy mają v/\sigma większe niż 0.55, a zatem są one solidnymi galaktykami dyskowymi.

Badając właściwości galaktyk w swoich symulacjach, naukowcy odkryli dwa główne kanały tworzenia się masywnych galaktyk dyskowych. Pierwszy z nich to „odmłodzony dysk” lub duże połączenie z bogatym w gaz towarzyszem, który zdarza się, że daje pierwotnej galaktyce kopniaka zwiększając tym samym jej rotację. Drugi kanał to scenariusz „starego dysku”, w którym galaktyki dyskowe nie doświadczają poważnych fuzji w ciągu swojego życia, a zatem nigdy nie tracą swojego składnika, jakim jest dysk.

Analizując ewolucję v/\sigma dla masywnych galaktyk dyskowych, autorzy stwierdzili, że kanał odmłodzonego dysku jest odpowiedzialny za około 70% wszystkich galaktyk dyskowych, podczas gdy kanał starego dysku stanowi 30% masywnych galaktyk dyskowych. W pozostałych galaktykach sferoidalnych fuzje z galaktykami ubogimi w gaz służą jedynie do losowych orbit gwiazd i wzmocnienia klasyfikacji galaktyk sferoidalnych. Autorzy nie znajdują jasnego wyjaśnienia dla scenariusza stałego dysku, oprócz losowych niskich szybkości łączenia się, wyjaśniając w ten sposób ich mały ułamek.

Ponieważ odmłodzone galaktyki dyskowe wydają się być preferowaną metodą tworzenia masywnych galaktyk dyskowych, autorzy spodziewają się korelacji między gazem we Wszechświecie a odsetkiem masywnych galaktyk dyskowych. 

Naukowcy stwierdzają, że odmłodzone galaktyki dyskowe mają tendencję do przebywania w mniej masywnych halo ciemnej materii niż reszta populacji masywnych galaktyk. Ich wyjaśnienie jest takie, że te środowiska o niskiej gęstości są mniej podatne na usuwanie wtłaczanego ciśnienia i procesy pływowe, które mają tendencję do przekształcania galaktyk dyskowych w sferoidalne. Dodatkowo w środowiskach tych jest więcej bogatych w gaz galaktyk do odmłodzonych połączeń. Autorzy stwierdzili również, że mediana przesunięcia ku czerwieni ostatniego dużego połączenia dla odmłodzonych galaktyk dyskowych wynosi z~0.3, w porównaniu do z~0.49 dla galaktyk sferoidalnych. Odpowiada to mniej o około 1.5 mld lat aby odmłodzona galaktyka dyskowa stała się galaktyką sferoidalną poprzez drobne interakcje.

Niezależnie od metody tworzenia się masywnych galaktyk dyskowych, autorzy znaleźli solidne wyjaśnienie obserwowanych frakcji masywnych galaktyk dyskowych oraz galaktyk sferoidalnych przy niskich przesunięciach ku czerwieni. Wynik ten służy wzmocnieniu teorii wzrostu hierarchicznego, ale pokazuje, że naiwne założenia dotyczące dużych fuzji wymagają bardziej szczegółowego wglądu w systemy galaktyk protoplastów.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu. Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu. Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach. Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz. W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę.

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi. Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego. „Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy. Do odkrycia naukowc

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne. Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”. Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przeds