Ogromne skupiska odsłaniają fabryki gwiazd z minionej ery kosmosu
Astronomowie zbadali masywne, gęste fabryki gwiazd niepodobne do żadnych znalezionych w Drodze Mlecznej, w dużej liczbie galaktyk w lokalnym Wszechświecie.
 |
| Wizja artystyczna pokazująca etap przewidywanego połączenia naszej galaktyki Drogi Mlecznej z sąsiednią galaktyką Andromedy, które będzie się rozwijać przez następne kilka miliardów lat. Źródło: NASA; ESA; Z. Levay and R. van der Marel, STScI; T. Hallas; oraz A. Mellinger |
Odkrycia te zapewniają rzadki wgląd w procesy kształtujące galaktyki w bardzo wczesnym Wszechświecie i prawdopodobnie Drogę Mleczną za kilka milionów lat.
Według Seana Lindena, pracownika naukowego Obserwatorium Stewarda Uniwersytetu Arizony, te galaktyki, znane jako galaktyki jasne w podczerwieni (LIRG) i galaktyki skrajnie jasne w podczerwieni (ULIRG), są stosunkowo rzadkie w lokalnym Wszechświecie, a tylko 202 znanych jest w odległości 400 megaparseków (1,3 miliarda lat świetlnych) od Ziemi.
Galaktyki LIRG i ULIRG różnią się od galaktyk spiralnych, takich jak Droga Mleczna, tym, że są w trakcie łączenia się z innymi galaktykami. Większość z nich wykazuje cechy takie jak dwa jądra galaktyczne zamiast jednego lub wydłużone ogony, ponieważ grawitacja rozciąga i deformuje dwa obiekty. W przeciwieństwie do współczesnych galaktyk zawierają skupiska – gęste obszary pełne nowo narodzonych gwiazd, znacznie masywniejsze niż cokolwiek, co można znaleźć w typowych, wyewoluowanych galaktykach, które nie przechodzą łączenia się.
Galaktyki te są bardzo zbite, bardzo różne od pięknych galaktyk spiralnych, które widzimy obecnie, takich jak Droga Mleczna – powiedział Linden. Z symulacji kosmologicznych wiemy, że te skupiska były budulcem galaktyk we wczesnym Wszechświecie.
Astronomowie interesują się gromadami LIRG i ULIRG, ponieważ służą one jako okna do odległej przeszłości, kiedy Wszechświat był znacznie młodszy, a galaktyki były znacznie mniej wyewoluowane i zderzały się ze sobą znacznie częściej niż obecnie.
W tym miejscu pojawia się Great Observatories All-sky LIRG Survey (GOALS). https://goals.ipac.caltech.edu Łączy on dane obrazowe i spektroskopowe z obserwatoriów kosmicznych NASA Spitzer, Hubble, Chandra i GALEX w kompleksowym badaniu ponad 200 najbardziej jasnych w podczerwieni galaktyk w lokalnym Wszechświecie. Teraz obserwacje w podczerwieni za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba zapewniły najbardziej kompletny spis takich galaktyk. Trwający od października 2023 roku do września 2024 roku przegląd jest jedynym tego rodzaju. Zespół planuje opublikować wyniki w nadchodzącym numerze The Astrophysical Journal.
Można sobie wyobrazić milion słońc formujących się w jednym małym, zwartym regionie, a w jednej z tych galaktyk istnieją setki takich regionów – powiedział Linden.
Dla porównania, najbardziej masywne młode gromady w Drodze Mlecznej mają masę około 1000 mas Słońca, a każdego roku rodzi się w nich średnio jedna gwiazda.
Linden wyjaśnia, że gdy dwie galaktyki zderzają się i łączą, tempo formowania się gwiazd gwałtownie wzrasta, co prowadzi do powstawania masywnych skupisk, których nie obserwuje się w innych galaktykach nieprzechodzących fuzji.
Te zbite struktury narastają z czasem, aż stają się niewiarygodnie masywne, a jeśli chcemy je zrozumieć oraz to, jak faktycznie przyczyniają się do ewolucji galaktyk w czasie kosmicznym, musimy je szczegółowo zbadać – powiedział Linden.
Chociaż gwiezdne skupiska były już wcześniej obserwowane za pomocą HST, dopiero podczerwone możliwości JWST pozwoliły astronomom odsunąć zasłony gęstego pyłu, które umożliwiały im uzyskanie bardziej szczegółowego spojrzenia na te właściwości.
Wyniki przeglądu potwierdzają również przewidywania dotyczące ewolucji galaktyk oparte na symulacjach przeprowadzonych przez superkomputery, które przewidziały, że typowe galaktyki dyskowe zawierają mniej skupisk formowania się gwiazd, a większość procesów gwiazdotwórczych zachodzi w małych skupiskach, tak jak ma to miejsce obecnie w Drodze Mlecznej. W wyniku fuzji powstają większe skupiska i jest ich więcej, a większa część procesów gwiazdotwórczych zachodzi w masywnych skupiskach.
Teraz znajdujemy te skupiska w lokalnym Wszechświecie – powiedział Linden. Zaczynamy uzupełniać obraz, porównując po raz pierwszy obserwacje masywnych gromad zarówno z pobliskiego, jak i odległego Wszechświata.
Możliwość dostrzeżenia wcześniej ukrytych szczegółów w tych niezwykle masywnych skupiskach gwiazdotwórczych pomaga naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób te właściwości i ich galaktyki macierzyste ewoluowały w czasie, zasadniczo zapewniając naturalne laboratorium dla typu galaktyk, które w większości nie istnieją już we Wszechświecie, z wyjątkiem jego najbardziej odległych, zewnętrznych regionów.
W pewnym sensie patrzysz na lokalny Wszechświat i daje ci to informacje o tym, co wydarzyłoby się 10 miliardów lat temu – powiedział Linden, którego praca koncentrowała się na obrazowaniu skupisk i gromad gwiazd i który kierował pozyskiwaniem, redukcją i analizą danych.
Jak wyjaśnił, wczesny Wszechświat był znacznie gęstszy, a fuzje między galaktykami zdarzały się znacznie częściej, tworząc masywne skupiska gwiazdotwórcze. W miarę ewolucji Wszechświata i rozszerzania się przestrzeni, galaktyki stawały się coraz bardziej podobne do Drogi Mlecznej i dojrzałych galaktyk spiralnych, które widzimy dzisiaj.
W przeszłości Wszechświat był znacznie bardziej gwałtowny i ekstremalny, a teraz się uspokaja – powiedział Linden. Dlatego te rzadkie przykłady ekstremalnych galaktyk nie istnieją już w lokalnym Wszechświecie, ponieważ większość galaktyk również się uspokoiła.
Oprócz dostarczenia okien do przeszłości, badane galaktyki wskazują również na przyszłość, powiedział Linden. W pewnym momencie galaktyki Drogi Mlecznej i Andromedy zderzą się w ciągu kilku miliardów lat, a gdy to nastąpi, fuzja może zapoczątkować kolejną rundę formowania się masywnych gwiazd w obu galaktykach.
W miarę zbliżania się Andromedy i wzrostu ciśnienia w ośrodku międzygwiazdowym, nagle okaże się, że skupiska tworzące Drogę Mleczną będą coraz bardziej masywne.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
