Olbrzymie galaktyki umierają zaczynając od środka

Schemat ewolucji procesów gwiazdotwórczych w galaktykach.
ESO

Po raz pierwszy astronomowie pokazali w jaki sposób powstawanie gwiazd w “martwych” galaktykach zanikało miliardy lat temu. Należący do ESO teleskop VLT oraz należący do NASA/ESA Kosmiczny Teleskop Hubble’a uzyskały dane, iż trzy miliardy lat po Wielkim Wybuchu w galaktykach tych nadal zachodziły procesy gwiazdotwórczy na obrzeżach, natomiast nie występowały w centrach. Wygaszanie procesów gwiazdotwórczych wydaje się zaczynać od jąder galaktyk, a następnie rozprzestrzenia się na zewnętrzne części. Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Science” w wydaniu z 17 kwietnia 2015 r.

Masywne, spokojne galaktyki eliptyczne, występujące powszechnie we Współczesnym Wszechświecie, są źródłem sporej astrofizycznej zagadki – zatrzymania się gwałtownego tempa procesów powstawania gwiazd, Te gigantyczne galaktyki, zwane często także sferoidami z powodu swojego kształtu, zazwyczaj zawierają gwiazdy upakowane dziesięciokrotnie gęściej niż centralne obszary naszej rodzimej Drogi Mlecznej i mają masy dziesięć razy większe.

Astronomowie mówią o tych galaktykach jako o czerwonych i martwych, gdyż wykazują szerokie bogactwo starych gwiazd czerwonych i brak młodych niebieskich, a także brak procesów powstawania nowych gwiazd. Szacowany wiek czerwonych gwiazd sugeruje, że ich galaktyki macierzyste przestały tworzyć nowe gwiazdy około dziesięć miliardów lat temu. To zatrzymanie nastąpiło tuż po maksimum procesów gwiazdotwórczych we Wszechświecie, gdy wiele galaktyk nadal dawało życie nowym gwiazdom w tempie około dwadzieścia raz szybszym niż obecnie.

„Masywne, martwe sferoidy zawierają około połowę gwiazd, które zostały wyprodukowane we Wszechświecie podczas całego jego istnienia.” Powiedział Sandro Tacchella z ETH Zurich w Szwajcarii, główny autor publikacji. „Nie możemy twierdzić, że rozumiemy w jaki sposób Wszechświat ewoluował i stał się taki, jakim go widzimy dzisiaj, dopóki nie zrozumiemy w jaki sposób te galaktyki stały się takie jakie są.”

Tacchella wraz ze współpracownikami obserwowali łącznie 22 galaktyki, w różnym przedziale mas, od ery około trzech miliardów lat po Wielkich Wybuchu [1]. Instrument SINFONI na należącym do ESO teleskopie VLT zbierał światło od tej próbki galaktyk, dokładnie pokazując kiedy zaprzestały produkować nowe gwiazdy. SINFONI był w stanie wykonać szczegółowych pomiarów odległych galaktyk dzięki systemowi optyki adaptacyjnej, który w znacznym stopniu niweluje zaburzające efekty ziemskiej atmosfery.

Naukowcy wykorzystali także należący do NASA/ESA Kosmiczny Teleskop Hubble’a, używając go do tej samej próbki galaktyk i czerpiąc korzyści z pracy teleskopu w przestrzeni kosmicznej nad nasza atmosferą naszej planety. Kamera WFC3 na Teleskopie Hubble’a uchwyciła obrazy w bliskiej podczerwieni, ukazując rozmieszczenie przestrzenne starszych gwiazd w aktywnych galaktykach gwiazdotwórczych.

„To niesamowite, jak optyka adaptacyjna SINFONI potrafi prawie całkowicie pokonać efekty atmosferyczne i zebrać informacje o tym, w jaki sposób rodzą się nowe gwiazdy - i robić to z precyzją taką samą jak Teleskop Hubble’a, umożliwiając badanie rozkładu mas gwiazdowych.” skomentowała Marcella Carollo, również z ETH Zurych, współautorka badań.

Zgodnie z nowymi danymi, najbardziej masywne galaktyki w próbce utrzymywały stabilne tempo produkcji nowych gwiazd na swoich peryferiach. Natomiast w zgrubieniu galaktycznym, gęsto upakowanych centrach powstawanie gwiazd praktycznie ustało.

„Zademonstrowana wewnętrzno-zewnętrzna natura wygaszania powstawania gwiazd  w galaktykach masywnych rzuca nowe światło na mechanizmy zaangażowane w te procesy, co jest przedmiotem debat wśród astronomów”, mówi Alvio Renzini z Padova Observatory, of the Italian National Institute of Astrophysics.

Wiodąca teoria mówi, że materiał gwiazdotwórczy jest rozpraszany przez strumienie energii uwalnianej z centralnej supermasywne czarnej dziury, gdy ta niechlujnie pożera materię. Inny pomysł wskazuje na zatrzymanie napływu świeżego gazu do galaktyki, powodując głód w paliwie dla nowych gwiazd i przekształcając galaktykę  w czerwoną, martwą sferoidę.

„Istnieje wiele teoretycznych sugestii na temat fizycznego mechanizmu prowadzącego do śmierci masywnych sferoid” powiedziała współautorka Natascha Förster Schreiber, z Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik w Garching w Niemczech. „Odkrycie, że wygaszanie procesów gwiazdotwórczych rozpoczyna się od centrum i następuje w kierunku na zewnątrz, jest bardzo ważnym krokiem w stronę zrozumienia tego, jaką drogę przebył Wszechświat zanim stał się taki jak obecnie.”

Uwagi

[1] Wiek Wszechświata wynosi około 13,8 miliarda lat, zatem galaktyki, które badał Tacchella i jego współpracownicy, są generalnie widoczne takie jak były ponad 10 miliardów lat temu.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt.: “Evidence for mature bulges and an inside-out quenching phase 3 billion years after the Big Bang”  S. Tacchella et al., który ukaże się 17 kwietnia 2015 r. w czasopiśmie Science.

Skład zespołu badawczego: Sandro Tacchella (ETH Zurich, Szwajcaria), Marcella Carollo (ETH Zurich), Alvio Renzini (Italian National Institute of Astrophysics, Padua, Włochy), Natascha Förster Schreiber (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Niemcy), Philipp Lang (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik), Stijn Wuyts (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik), Giovanni Cresci (Istituto Nazionale di Astrofisica), Avishai Dekel (The Hebrew University, Izrael), Reinhard Genzel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik and University of California, Berkeley, Kalifornia, USA), Simon Lilly (ETH Zurich), Chiara Mancini (Italian National Institute of Astrophysics), Sarah Newman (University of California, Berkeley, California, USA), Masato Onodera (ETH Zurich), Alice Shapley (University of California, Los Angeles, USA), Linda Tacconi (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Niemcy), Joanna Woo (ETH Zurich) oraz Giovanni Zamorani (Italian National Institute of Astrophysics, Bologna, Włochy).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1562