Astronomi lahko na podlagi oblike in velikosti diska napovedujejo, kdaj se galaksija konča nastajanje zvezd
Glavna dejavnost galaksije je nastajanje zvezd. In ko so mladi, tako kot mladi povsod, se s tem ukvarjajo. Toda galaksije se starajo, razvijajo in doživljajo upočasnitev njihove stopnje nastajanja zvezd. Sčasoma galaksije popolnoma prenehajo tvoriti nove zvezde in astronomi temu pravijo gašenje. Gašenje so preučevali že desetletja, a veliko o tem ostaja skrivnost.
Nova študija, ki temelji na IllustrisTNG simulacije so odkrile povezavo med gašenjem galaksije in njeno zvezdno velikostjo.
Pred približno 10 milijardami let je bilo vesolje v tem, kar kozmologi imenujejo »kozmično poldne«. Takrat je nastajanje zvezd v galaksijah doseglo vrhunec. Kako in zakaj galaksije nehajo tvoriti zvezde od takrat, je skrivnostno.
V novem prispevku z naslovom » MOSEL in IllustrisTNG: Masivne razširjene galaksije pri z = 2 ugasnejo pozneje kot galaksije normalne velikosti ,« je želela skupina raziskovalcev preučiti gašenje. Glavni avtor študije je dr. Anshu Gupta iz avstralskega centra odličnosti ARC na področju vse astrofizike neba v 3 dimenzijah (ASTRO 3D). Članek bo objavljen v The Astrophysical Journal.
'V življenju vesolja obstaja obdobje, znano kot 'kozmično poldne', ki se je zgodilo pred približno 10 milijardami let,' je dejal dr. Gupta v izjava za javnost . »Takrat je bilo nastajanje zvezd v masivnih galaksijah na vrhuncu. Po tem se je plin v večini teh galaksij segrel – deloma zaradi črnih lukenj na sredini – in prenehale so tvoriti zvezde.
Zasluge za sliko: Gupta et al, 2021.
Kozmično poldnevno je tudi videlo, da so galaksije razvile značilnosti, ki jih vidimo danes: na primer redni vrteči se disk in izbokline. Takrat se je začela pojavljati populacija mrtvih galaksij ali ugaslih galaksij. Nekaj se je dogajalo.
Kozmično poldne ni bilo le obdobje vrhunskega nastajanja zvezd. To je bilo tudi obdobje največjega kopičenja črnih lukenj. Ko so črne luknje v središču galaksij postajale vse bolj masivne, so pritegnile plin iz galaksij k sebi, stiskale in segrevale plin. Toda zvezde potrebujejo hladen plin za nastanek; vroč plin se noče združiti in se zrušiti v zvezdo.
Toda ta učinek stiskanja in segrevanja ni prevladoval v vseh galaksijah. Za bolj puhasto, manj gosto galaksijo z več prostora med zvezdami črne luknje niso imele enakega učinka. Niso mogli doseči dovolj plina, da bi pogasili nastajanje zvezd.
'V galaksijah, ki so res, zelo raztegnjene, pa smo ugotovili, da se stvari niso tako segrele in da črne luknje niso imele tako velikega vpliva, zato so zvezde nastajale dlje časa.'
Skupina raziskovalcev se je osredotočila na to, kar se imenuje galaktični disk. Galaktični disk je sploščeno krožno območje, ki obdaja jedro, in vsebuje zvezde, plin in prah. Če je ta disk razpršen namesto kompaktnega, potem nastajanje zvezd vztraja in gašenje se odloži.
'Kjer so zvezde na disku zelo razširjene - lahko bi temu rekli 'puffy' - plin ostane hladnejši, zato se še naprej združuje pod gravitacijo in tvori nove zvezde,' je dejal dr. Gupta. »V galaksijah z bolj kompaktnimi diski se plin dokaj hitro segreje in je kmalu preveč energičen, da bi se stisnil skupaj, tako da se tvorba zvezd konča tik po kozmičnem poldnevu. Puffy diski trajajo veliko dlje, recimo do kozmičnega popoldanskega čaja.«
Ta številka iz študije pomaga razložiti rezultate. Na levi strani so normalne masivne galaksije, na desni so razširjene ali 'napihnjene' galaksije v simulaciji TNG. Kot je navedeno na zgornjih vrsticah, normalne masivne galaksije niso opazile spremembe v svoji srednji zvezdni velikosti do okoli z~2,5. Toda razširjene masivne galaksije so stalno povečevale svoje velikosti med z~2 in 4. Zasluge slike: Gupta et al, 2021.
Njihova študija je pokazala, da se je z z=1 ugasnilo le 36 % razširjenih masivnih galaksij, medtem ko se je ugasnilo 69 % masivnih galaksij normalne velikosti. Z z=2 do 4 so ugotovili, da '...masovne galaksije normalne velikosti zgradijo svojo osrednjo zvezdno maso brez znatnega povečanja svoje zvezdne velikosti.' Toda za razširjene masivne galaksije se je njihova zvezdna masa skoraj podvojila.
Ta raziskava je temeljila na opazovanjih in simulacijah.
Simulacije IllustrisTNG so bile ambiciozen napor, v katerega so sodelovali večinoma nemški in ameriški znanstveniki. Spletno mesto IllustrisTNG najbolje opisuje trud: »Vsaka simulacija v IllustrisTNG razvije velik del lažnega vesolja od kmalu po velikem poku do danes, ob upoštevanju širokega spektra fizičnih procesov, ki poganjajo nastanek galaksij. Simulacije se lahko uporabijo za preučevanje širokega spektra tem, ki obkrožajo, kako so se vesolje - in galaksije v njem - razvijale skozi čas.'
Kaj torej pomenijo ti rezultati? 'Rezultati pomenijo, da nam je prvič uspelo vzpostaviti razmerje med velikostjo diska in ustvarjanjem zvezd. Tako bodo lahko zdaj astronomi pogledali katero koli galaksijo v vesolju in natančno napovedali, kdaj bo prenehala ustvarjati zvezde – takoj po kosilu ali kasneje v kozmičnem popoldnevu.
Rimska cesta je dom človeštva. Kje v vsem tem sodi naša galaksija? Kot se je izkazalo, je Rimska cesta pozno cvetoča. Bilo je tukaj ob kozmičnem poldnevu, vendar je bilo še vedno zelo majhno in odločno malomasivno. Takrat je imel le eno desetino zvezdne mase, kot jo ima zdaj. Sčasoma se je povečala, zahvaljujoč združitvam . Zdaj je ogromna galaksija, vendar še vedno ustvarja zvezde.
Stoji ob Rimski cesti. Zasluge: P. Horálek/ESO
Torej, kje smo zdaj v kozmično-galaktičnem dnevnem časovniku? 'Kozmično poldne je bilo davno nazaj,' je dejal dr. Gupta. »Rekel bi, da je vesolje do zdaj doseglo kozmični večer. Ni še noč, vendar so se stvari zagotovo upočasnile.'
Ekipa, ki stoji za to študijo, je simulacije IllustrisTNG združila z opazovanji iz raziskave večobjektne spektroskopske emisijske linije (MOSEL). MOSEL se je zanašal na vesoljski teleskop Hubble in W.M. Keckov observatorij. Ekipa je vključevala znanstvenike iz Združenega kraljestva, Nemčije, Mehike, ZDA in Avstralije.
