Webb bada strukturalne pochodzenie galaktyk dyskowych
Zespół astronomów odkrył, że galaktyki dyskowe najpierw tworzą gruby dysk gwiazdowy, a następnie – w zależności od masy galaktyki – wykształcają cieńszy dysk gwiazdowy nawet już 8 miliardów lat temu.
 |
| Przykład dysków galaktycznych widzianych z boku. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Takafumi Tsukui (ANU) |
Współczesne galaktyki dyskowe często składają się z grubego, wypełnionego gwiazdami dysku zewnętrznego i cienkiego dysku gwiazd. Na przykład, gruby dysk naszej własnej Galaktyki Drogi Mlecznej ma około 3000 lat świetlnych wysokości, a jej cienki dysk ma około 1000 lat świetlnych.
Jak i dlaczego powstaje ta podwójna struktura dysku? Analizując dane z wielu programów obserwacyjnych prowadzonych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, zespół astronomów jest coraz bliżej odpowiedzi na to pytanie, a także zrozumienia pochodzenia galaktyk dyskowych w ogóle.
Zespół starannie zidentyfikował, wizualnie zweryfikował i przeanalizował statystyczną próbkę 111 galaktyk dyskowych widocznych z krawędzi w różnych okresach — sięgających do 11 miliardów lat temu (lub około 2,8 miliarda lat po Wielkim Wybuchu). To pierwszy raz, kiedy naukowcy zbadali struktury grube i cienkie dysków rozciągających się na tak ogromne odległości, łącząc obserwatorów badających wczesny wszechświat z galaktycznymi archeologami, którzy starają się zrozumieć historię naszej własnej Galaktyki.
Ten unikalny pomiar grubości dysków przy dużym przesunięciu ku czerwieni lub w czasach wczesnego Wszechświata stanowi punkt odniesienia dla badań teoretycznych, które były możliwe tylko dzięki Webbowi – powiedział Takafumi Tsukui, główny autor artykułu i badacz z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego w Canberze. Zazwyczaj starsze, grube dyski gwiazdowe są słabe, a młode, cienkie dyski gwiazdowe przyćmiewają całą galaktykę. Ale dzięki rozdzielczości Webba i wyjątkowej zdolności do widzenia przez pył i podkreślania słabych starych gwiazd, możemy zidentyfikować strukturę dwóch dysków galaktyk i zmierzyć ich grubość osobno.
Analizując te 111 obiektów w czasie kosmologicznym, zespół był w stanie zbadać galaktyki z pojedynczym dyskiem i galaktyki z podwójnym dyskiem. Wyniki wskazują, że galaktyki najpierw tworzą gruby dysk, a następnie cienki dysk. Czas, w którym to następuje, zależy od masy galaktyki: galaktyki jednodyskowe o dużej masie przeszły do struktur dwudyskowych około 8 miliardów lat temu. Z kolei jednodyskowe galaktyki o niskiej masie utworzyły swoje cienkie dyski później, około 4 miliardy lat temu.
Po raz pierwszy udało się zarejestrować cienkie dyski gwiezdne przy wyższym przesunięciu ku czerwieni. Nowością jest odkrycie, kiedy cienkie dyski gwiazdowe zaczęły się pojawiać – powiedziała Emily Wisnioski, współautorka pracy z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego w Canberze. Dostrzeżenie cienkich dysków gwiazdowych już 8 miliardów lat temu, a nawet wcześniej, było zaskakujące.
Burzliwy czas dla galaktyk
Aby wyjaśnić tę przemianę z pojedynczego grubego dysku w dysk gruby i cienki, a także różnicę w czasie dla galaktyk o dużej i małej masie, zespół spojrzał poza początkową próbkę galaktyk widzianych bokiem i zbadał dane pokazujące gaz w ruchu z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i naziemnych przeglądów.
Biorąc pod uwagę ruch gazowych dysków galaktyk, zespół stwierdził, że ich wyniki są zgodne ze scenariuszem turbulentnego dysku gazowego, jedną z trzech głównych hipotez, które zostały zaproponowane w celu wyjaśnienia procesu formowania się grubych i cienkich dysków. W tym scenariuszu turbulentny dysk gazowy we wczesnym Wszechświecie powoduje intensywne procesy gwiazdotwórcze, tworząc gruby dysk gwiazdowy. W miarę formowania się gwiazd, stabilizują one dysk gazowy, który staje się mniej turbulentny, a w rezultacie cieńszy.
Ponieważ masywne galaktyki mogą wydajniej przekształcać gaz w gwiazdy, regulują się szybciej niż ich odpowiedniki o małej masie, co skutkuje wcześniejszym formowaniem się cienkich dysków. Zespół zauważa, że formowanie się grubych i cienkich dysków nie jest zdarzeniami odizolowanymi: gruby dysk nadal rośnie w miarę rozwoju galaktyki, choć jest wolniejszy niż tempo wzrostu cienkiego dysku.
Jak to się ma do domu
Dzięki niezwykłej czułości Teleskopu Webba astronomowie mogą obserwować mniejsze i słabsze galaktyki, podobne do naszej, z niespotykaną dotąd szczegółowością, nawet we wczesnych etapach ich rozwoju. Badania wykazały, że moment przejścia od grubego dysku do struktury złożonej z grubego i cienkiego dysku pokrywa się z okresem formowania się cienkiego dysku Drogi Mlecznej, a dalsze obserwacje galaktycznych przodków podobnych do naszej Galaktyki mogą pomóc lepiej zrozumieć jej historię.
W przyszłości zespół zamierza włączyć inne punkty danych do swojej próbki galaktyk widzianych z boku.
Chociaż to badanie strukturalnie rozróżnia cienkie i grube dyski, wciąż jest wiele więcej, co chcielibyśmy zbadać – powiedział Tsukui. Chcemy dodać rodzaj informacji, które ludzie zazwyczaj uzyskują dla pobliskich galaktyk, takich jak ruch gwiazd, wiek i metaliczność. Dzięki temu możemy połączyć spostrzeżenia z galaktyk bliskich i dalekich oraz udoskonalić nasze zrozumienie formowania się dysków.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
