Wiatr galaktyczny tłumi proces powstawania gwiazd w bardzo odległej galaktyce

Po raz pierwszy naukowcom udało się wykryć potężny „wiatr” cząsteczkowy w galaktyce znajdującej się w odległości 12 mld lat świetlnych od Ziemi. Badania astronoma Justina Spilkera z University of Texas, który zagłębił się w czas, gdy Wszechświat miał mniej, niż 10% obecnego wieku, rzucają nowe światło na to, w jaki sposób najwcześniejsze galaktyki regulowały procesy gwiazdotwórcze tak, aby galaktyki nie uległy całkowitemu rozwianiu.

Według astronomów galaktyki są „skomplikowanymi i chaotycznymi bestiami”, a wypływy i wiatry stanowią kluczowy element ich rozwoju i ewolucji oraz regulując ich zdolność do wzrostu.

Niektóre galaktyki, takie jak Droga Mleczna czy Galaktyka Andromedy charakteryzują się stosunkowo powolnym tempem procesów gwiazdotwórczych. Powstaje w nich średnio jedna gwiazda na rok. W innych galaktykach, zwanych galaktykami gwiazdotwórczymi, każdego roku mogą powstawać setki a nawet tysiące gwiazd. Tak szalone tempo jednak nie może utrzymywać się przez cały czas.

Aby uniknąć wypalenia w krótkotrwałym blasku chwały, niektóre galaktyki spowalniają swoje procesy gwiazdotwórcze poprzez wyrzucanie – przynajmniej na jakiś czas – ogromnych zapasów gazu do rozległego halo, skąd gaz albo ucieka całkowicie, albo stopniowo powraca do galaktyki, wyzwalając kolejne procesy formowania się gwiazd.

Jednak do tej pory astronomowie nie byli w stanie bezpośrednio zaobserwować tych potężnych wypływów na wczesnym etapie historii Wszechświata, gdzie takie mechanizmy są niezbędne, aby zapobiec zbyt szybkiemu wzrostowi galaktyk.

Obserwacje Spilkera z użyciem ALMA po raz pierwszy pokazują potężny galaktyczny wiatr cząsteczek w galaktyce, którą obserwujemy taką, jaka była gdy Wszechświat miał zaledwie 1 mld lat. Uzyskane wyniki pozwalają dostrzec, jak niektóre galaktyki we wczesnym Wszechświecie były w stanie samodzielnie regulować swój wzrost tak, aby mogły kontynuować procesy tworzenia gwiazd przez miliardy lat.

Astronomowie dostrzegli wiatry o takich samych rozmiarach, prędkościach i masie w pobliskich galaktykach gwiazdotwórczych, jednak nowe obserwacje z pomocą ALMA przedstawiają najodleglejszy jak dotąd obserwowany wypływ we wczesnym Wszechświecie.

Galaktyka, którą nazwano SPT2319-55, oddalona jest od nas o 12 mld lat świetlnych i  została odkryta z pomocą South Pole Telescope (SPT).

ALMA był w stanie obserwować ten obiekt w tak ogromnej odległości dzięki zjawisku soczewkowania grawitacyjnego. Soczewką w tym przypadku była inna galaktyka, która znajduje się niemal dokładnie wzdłuż linii pola widzenia między Ziemią a SPT2319-55. Soczewkowanie grawitacyjne – zakrzywienie światła pod wpływem grawitacji – powiększa obraz galaktyki tła sprawiając, że wydaje się ona jaśniejsza, co pozwala astronomom obserwować ją dokładniej, niż gdyby nie była soczewkowana. Astronomowie używają specjalistycznych programów komputerowych do usunięcia efektów soczewkowania grawitacyjnego aby mogli odtworzyć dokładny obraz odległego obiektu.  

Obrazy uzyskane dzięki soczewce przedstawiają potężny wiatr gazu gwiazdotwórczego wydobywający się z galaktyki z prędkością bliską 800 km/s. Zamiast stałego, łagodnego wiaterku, mamy do czynienia z niewiarygodnie szybkim i nieregularnym wiatrem.

Wypływ został zarejestrowany dzięki submilimetrowej sygnaturze cząstki zwanej hydroksylem (OH), która ujawnia się jako linia absorpcji: zasadniczo to cień OH w jasnym promieniowaniu podczerwonym galaktyki.

Wiatry molekularne są wydajnym sposobem na regulowanie tempa wzrostu galaktyk. Prawdopodobnie są one wyzwalane poprzez połączone oddziaływanie eksplozji supernowych oraz gwałtownych procesów tworzenia się masywnych gwiazd, lub przez potężne uwolnienie energii, gdy część gazu w galaktyce spada na supermasywną czarną dziurę znajdującą się w jej centrum.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak
     
Więcej:
Galactic “Wind” Stifling Star Formation is Most Distant Yet Seen

Źródło:
University of Texas

Na zdjęciu: Obraz z ALMA, wspomagany soczewką grawitacyjną pokazuje wypływ, czyli wiatr z galaktyki widzianej, gdy Wszechświat miał zaledwie 1 mld lat. Źródło:  ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Spilker/UT-Austin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; AURA/NSF