Australijski astronom rozwiązał stuletnią tajemnicę dotyczącą tego, jak galaktyki ewoluują z jednego typu do drugiego. To samo badanie pokazuje, że Droga Mleczna nie zawsze była galaktyką spiralną.
Praca profesora Alistera Grahama z Swinburne Astronomy Online wykorzystuje zarówno nowe, jak i wcześniejsze spostrzeżenia oraz obserwacje, umożliwiające rozszyfrowanie procesu specjacji galaktyk. Badania te zostały opublikowane w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
W latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku astronom Edwin Hubble i inni naukowcy opracowali sekwencję różnych morfologii galaktyk znanych obecnie jako sekwencja Hubble'a. Klasyfikacja opiera się głównie na wyglądzie galaktyk i jest nadal szeroko stosowana w astronomii. Choć brakuje w niej ścisłych ścieżek ewolucyjnych, stanowi użyteczne narzędzie do kategoryzacji i porządkowania różnych typów galaktyk na podstawie ich struktury i morfologii.
Galaktyki mogą zawierać miliardy gwiazd uporządkowanych, poruszających się po kołowych orbitach w zatłoczonym dysku lub chaotycznie poruszających się w kulistym lub eliptycznym roju. Dyski te mogą zawierać wzory spiralne, a takie galaktyki spiralne definiują jeden z końców długotrwałej sekwencji Hubble’a.
W sekwencji Hubble'a galaktyki soczewkowate są postrzegane jako pośrednie ogniwo między galaktykami spiralnymi, takimi jak nasza Droga Mleczna, a galaktykami eliptycznymi, takimi jak M87. Charakteryzują się centralną sferyczną strukturą, podobną do galaktyk eliptycznych, ale jednocześnie posiadają dysk, który pozbawiony jest wyraźnych wzorów spiralnych.
W najnowszym badaniu przeprowadzonym przez profesora Grahama, zostały przeanalizowane obrazy optyczne z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a oraz obrazy w podczerwieni z Kosmicznego Teleskopu Spitzera dla 100 pobliskich galaktyk. W ramach analizy porównano masę gwiazdową tych galaktyk oraz masę centralnej czarnej dziury. W wyniku tych obserwacji odkryto dwa różne typy galaktyk soczewkowatych: stare i ubogie w pył oraz bogate w pył.
Bogate w pył galaktyki soczewkowate powstają w wyniku połączenia galaktyk spiralnych. Galaktyki spiralne charakteryzują się małą centralną sferoidą oraz dyskiem zawierającym spiralne ramiona z gwiazdami, gazem i pyłem, które wiją się wokół centrum. Galaktyki soczewkowate bogate w pył mają bardziej widoczne sferoidy i czarne dziury niż galaktyki spiralne oraz galaktyki soczewkowate ubogie w pył.
Badania prof. Grahama wykazały, że galaktyki spiralne znajdują się w połowie drogi między tymi dwoma typami galaktyk soczewkowatych.
Ponownie rysujemy naszą ukochaną sekwencję galaktyk, i, co ważne, widzimy teraz ścieżki ewolucyjne poprzez sekwencję połączeń – powiedział prof. Graham.
Jeżeli ubogie w pył galaktyki soczewkowate gromadzą gaz i materię, może to grawitacyjnie zaburzyć ich dysk, indukując spiralny wzór i napędzając formowanie się gwiazd, zmieniając ich strukturę i kształt.
Droga Mleczna posiada kilka mniejszych galaktyk satelitarnych, a jej struktura ujawnia bogatą historię przejęć. W przeszłości Droga Mleczna była prawdopodobnie galaktyką soczewkowatą ubogą w pył, stopniowo gromadzącą materię, w tym galaktykę satelitarną Gaia-Sausage-Enceladus, a następnie ewoluowała w galaktykę spiralną, w której obecnie się znajdujemy. Dzięki głębokim obrazom uzyskanym przez niezliczone teleskopy naziemne w ostatnich latach, odkryto, że ta ewolucja jest powszechna dla galaktyk spiralnych.
Niektóre przejęcia będą bardziej dramatyczne. Taki mariaż będzie miał miejsce za 4 do 6 miliardów lat, gdy zderzą się Droga Mleczna i galaktyka Andromedy.
Ich zderzenie zniszczy obecne spiralne kształty obu galaktyk, dając połączoną galaktykę z bardziej dominującą sferoidą, wyrzuci wiele chmur pyłu i będzie mu towarzyszyć wzrost masy centralnej czarnej dziury. Doprowadzi to do narodzin bogatej w pył galaktyki soczewkowatej.
Późniejsze połączenie dwóch bogatych w pył galaktyk soczewkowatych wydaje się być wystarczające do całkowitego zniszczenia ich dysków i utworzenia galaktyki o eliptycznym kształcie, która nie jest w stanie zatrzymać zimnych obłoków gazu zawierających pył.
Pod pewnymi względami, galaktyki soczewkowate ubogie w pył stanowią skamieniały zapis pierwotnych galaktyk we Wszechświecie. Te galaktyki, które były zdominowane przez dyski, są bardzo stare i występowały powszechnie. Połączenie się dwóch takich galaktyk w młodym Wszechświecie może wyjaśnić niedawne obserwacje dokonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, które dotyczą masywnej galaktyki zdominowanej przez sferoidę, obserwowanej, gdy Wszechświat miał około 700 milionów lat.
Nowe badania wykazują również, że połączenie dwóch galaktyk eliptycznych jest wystarczające do wyjaśnienia obecności najbardziej masywnych galaktyk w centrach gromad galaktyk we Wszechświecie.
Profesor Graham zauważa, że wiele wskazówek było znanych, ale nie zostały one jeszcze połączone w spójny obraz. Powiedział: Wszystko ułożyło się w całość, gdy uznano, że galaktyki soczewkowate nie są pojedynczą populacją pomostową, którą od dawna przedstawiano.
Więcej informacji:
- Galaxy mergers shed light on galactic evolution model
- Resequencing the Hubble sequence and the quadratic (black hole mass)–(spheroid stellar mass) relation for elliptical galaxies
Źródło: RAS
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Obraz z teleskopu Gemini North ukazujący parę oddziałujących ze sobą galaktyk spiralnych – NGC 4568 (na dole) i NGC 4567 (na górze) – które zaczynają się zderzać i łączyć. Źródło: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA Obróbka zdjęcia: T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF's NOIRLab), J. Miller (Gemini Observatory/NSF's NOIRLab), M. Zamani (NSF’s NOIRLab) & D. de Martin (NSF’s NOIRLab)
