Odkrywanie tajemnic wczesnych masywnych galaktyk działających bez paliwa

Nowe badania ujawniają, że wczesne galaktyki nie mają paliwa i coś powstrzymuje je przed ponownym jego zgromadzeniem.

Te złożony obraz gromady galaktyk MACSJ 0138 przedstawia dane z ALMA oraz HTS. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO), STScI, K. Whitaker i inni.

Wczesne masywne galaktyki – te, które uformowały się w ciągu trzech miliardów lat po Wielkim Wybuchu – powinny zawierać duże ilości zimnego wodoru, paliwa potrzebnego do tworzenia gwiazd. Jednak naukowcy obserwujący wczesny Wszechświat za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Kosmicznego Teleskopu Hubble’a zauważyli coś dziwnego: pół tuzina wczesnych masywnych galaktyk, którym zabrakło paliwa. Wyniki badań zostały opublikowane 22 września 2021 roku w Nature.

Spośród znanych jako „wygaszone” galaktyki – lub galaktyki, które przestały tworzyć gwiazdy – sześć wybranych do obserwacji w ramach przeglądu REQUIEM (REsolving QUIEscent Magnified galaxies at high redshift) jest niezgodne z tym, czego astronomowie się spodziewają po młodym Wszechświecie.

Najbardziej masywne galaktyki we Wszechświecie żyły szybko i wściekle, tworząc swoje gwiazdy w niezwykle krótkim czasie. Gaz, paliwo do formowania gwiazd powinien być obfity w tych wczesnych okresach we Wszechświecie – powiedziała Kate Whitaker, główna autorka badania i adiunkt astronomii na Uniwersytecie Massachusetts w Amherst. Pierwotnie sądziliśmy, że te wygaszone galaktyki zaczęły hamować zaledwie kilka miliardów lat po Wielkim Wybuchu. W naszych nowych badaniach doszliśmy do wniosku, że wczesne galaktyki w rzeczywistości nie wyhamowały, ale raczej jechały na pusto.

Aby lepiej zrozumieć, jak galaktyki powstawały i umierały, zespół obserwował je za pomocą Hubble’a, co ujawniło szczegóły dotyczące gwiazd rezydujących w galaktykach. Równoczesne obserwacje za pomocą ALMA ujawniły ciągłość emisji galaktyk – znacznik pyłu – na milimetrowych długościach fal, co pozwoliło zespołowi wnioskować o ilości gazu w galaktykach. Wykorzystanie obu teleskopów jest starannie zaplanowane, ponieważ celem REQUIEM jest wykorzystanie silnego soczewkowania grawitacyjnego jako naturalnego teleskopu do obserwacji uśpionych galaktyk z większą rozdzielczością przestrzenną. To z kolei daje naukowcom wyraźne spojrzenie w wewnętrzne losy galaktyk.

Jeżeli galaktyka nie tworzy wielu nowych gwiazd, szybko staje się bardzo słaba, więc jej szczegółowa obserwacja za pomocą pojedynczego teleskopu jest trudna lub wręcz niemożliwa. REQUIEM rozwiązuje ten problem, badając galaktyki, które są soczewkowane grawitacyjnie, co oznacza, że ich światło ulega rozciągnięciu i powiększeniu w miarę, jak zakrzywia się wokół innych galaktyk znajdujących się znacznie bliżej Drogi Mlecznej – powiedział Justin Spilker, współautor nowego badania i stypendysta NASA Hubble'a na Uniwersytecie Teksańskim w Austin. W ten sposób soczewkowanie grawitacyjne, w połączeniu z mocą rozdzielczą i czułością Hubble’a i ALMA, działa jak naturalny teleskop i sprawia, że te umierające galaktyki wydają się większe i jaśniejsze niż są w rzeczywistości, co pozwala nam zobaczyć, co się dzieje, a co nie.

Nowe obserwacje wykazały, że zaprzestanie tworzenia nowych gwiazd w sześciu badanych galaktykach nie było spowodowane nagłym brakiem wydajności w przemianie zimnego gazu w gwiazdy. Był to wynik wyczerpania lub usunięcia zasobów gazu w galaktykach. Nie rozumiemy jeszcze, dlaczego tak się dzieje, ale możliwe wyjaśnienia mogą być takie, że albo pierwotne źródło gazu zasilającego galaktykę zostaje odcięte, albo być może supermasywna czarna dziura wstrzykuje energię, która utrzymuje gaz w galaktyce w stanie gorącym – powiedziała Christina Williams, astronom z Uniwersytetu Arizony i współautorka badań. Zasadniczo oznacza to, że galaktyki nie są w stanie ponownie napełnić zbiornika paliwa, a co za tym idzie, nie są w stanie ponownie uruchomić silnika do produkcji gwiazd.

Badanie reprezentuje również szereg ważnych pierwszych pomiarów wczesnych masywnych galaktyk, syntezując informacje, które będą kierować przyszłymi badaniami wczesnego Wszechświata przez wiele lat. Są to pierwsze pomiary kontinuum zimnego pyłu odległych uśpionych galaktyk, a w rzeczywistości pierwsze tego typu pomiary poza lokalnym Wszechświatem – powiedział Whitaker, dodając, że nowe badanie pozwoliło naukowcom zobaczyć, jak dużo gazu mają poszczególne uśpione galaktyki. Byliśmy w stanie wysondować paliwo do powstawania gwiazd w tych wczesnych masywnych galaktykach na tyle głęboko, aby wykonać pierwsze pomiary odczytu rezerwuaru gazu, co daje nam krytyczny brakujący punkt widzenia na właściwości zimnego gazu w tych galaktykach.

Chociaż zespół naukowców wie już, że galaktyki te pracują na wyczerpaniu i że coś powstrzymuje je przed ponownym napełnieniem zbiornika i formowaniem nowych gwiazd, badanie to stanowi zaledwie pierwszą część serii dociekań na temat tego, co sprawiło, że wczesne masywne galaktyki zaczęły powstawać lub nie. Wciąż musimy się jeszcze wiele nauczyć o tym, dlaczego najbardziej masywne galaktyki uformowały się tak wcześnie we Wszechświecie i dlaczego zaprzestały tworzenia gwiazd, gdy tak wiele zimnego gazu było dla nich łatwo dostępne – powiedział Whitaker. Sam fakt, że te masywne bestie kosmosu uformowały 100 miliardów gwiazd w ciągu około miliarda lat, a następnie nagle wyłączyły swoje procesy gwiazdotwórcze jest zagadką, którą wszyscy chcielibyśmy rozwiązać, a REQUIEM dostarczył pierwszej wskazówki.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

W pobliżu jednej z najstarszych gwiazd w naszej galaktyce odkryto „superziemię”

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono