Patrząc na masywne galaktyki pełne gwiazd, można odnieść wrażenie, że działają one jak fabryki gwiazd, wytwarzając wspaniałe kule gazu. Jednak w rzeczywistości to mniej rozwinięte galaktyki karłowate posiadają większe obszary, w których powstają nowe gwiazdy, charakteryzujące się wyższym tempem formowania się.
Naukowcy z Uniwersytetu Michigan odkryli teraz przyczynę tego zjawiska: galaktyki te doświadczają 10-milionowego opóźnienia w procesie usuwania gazu, który zanieczyszcza ich środowisko. Dzięki temu regiony gwiazdotwórcze są w stanie zatrzymać swoje zasoby gazu i pyłu, umożliwiając łączenie się i ewolucję większej liczby gwiazd.
W przypadku tych stosunkowo dziewiczych galaktyk karłowatych, masywne gwiazdy o masie od 20 do 200 razy większej od masy naszego Słońca nie eksplodują jako supernowe, lecz zapadają się w czarne dziury. Jednak w bardziej rozwiniętych i zanieczyszczonych galaktykach, takich jak nasza Droga Mleczna, istnieje większe prawdopodobieństwo, że gwiazdy eksplodują, generując zbiorowy superwiatr. W wyniku tego procesu gaz i pył są wyrzucane z galaktyki, a tempo formowania się nowych gwiazd szybko maleje.
Wyniki ich badań zostały opublikowane w Astrophysical Journal.
Kiedy gwiazdy eksplodują jako supernowe, zanieczyszczają swoje otoczenie, produkując i uwalniając metale – powiedziała Michelle Jecmen, główna autorka badania. Nasza teza zakłada, że w przypadku środowisk galaktyk o niskiej metaliczności, które są stosunkowo mało zanieczyszczone, występuje 10-milionowe opóźnienie w wystąpieniu silnych superwiatrów, co z kolei przyspiesza proces formowania się gwiazd.
Naukowcy odnoszą się do tzw. sekwencji Hubble'a, diagramu opracowanego przez astronoma Edwina Hubble'a, który służył do klasyfikacji galaktyk. Na głównej gałęzi sekwencji znajdują się największe galaktyki. Są to ogromne, okrągłe i w pełni rozwinięte galaktyki, które już przekształciły cały dostępny gaz w gwiazdy. Wzdłuż odgałęzień sekwencji znajdują się galaktyki spiralne, które posiadają gaz oraz obszary gwiazdotwórcze rozmieszczone wzdłuż spiralnych ramion. Na końcu odgałęzień sekwencji znajdują się najmniejsze i najmniej rozwinięte galaktyki.
Te galaktyki karłowate wykazują naprawdę ogromne obszary gwiazdotwórcze – zauważyła Sally Oey, astronom z Uniwersytetu Michigan i główna autorka badania. Istniało kilka hipotez, które próbowały wyjaśnić ten fenomen, ale odkrycie Michelle dostarcza bardzo przekonującego wyjaśnienia: te galaktyki mają trudności z utrzymaniem procesów tworzenia gwiazd, ponieważ nie są w stanie wydmuchać gazu.
Dodatkowo, ten okres trwający 10 milionów lat daje astronomom możliwość przyjrzenia się scenariuszom przypominającym kosmiczny świt – okres tuż po Wielkim Wybuchu – powiedziała Jecmen. W dziewiczych galaktykach karłowatych gaz gromadzi się i tworzy szczeliny, przez które może uciekać promieniowanie. To zjawisko, wcześniej znane jako „model szpicy płotu”, polega na tym, że promieniowanie UV ucieka między szczelinami w strukturze. Opóźnienie to wyjaśnia, dlaczego gaz ma czas na skondensowanie się.
Promieniowanie UV jest ważne, ponieważ jonizuje wodór – proces, który również miał miejsce tuż po Wielkim Wybuchu, powodując, że Wszechświat zmienił się z nieprzezroczystego w przezroczysty.
Z tego powodu obserwowanie galaktyk karłowatych o niskiej metaliczności, emitujących dużo promieniowania UV, jest w pewnym stopniu porównywalne do patrzenia wstecz, aż do kosmicznego świtu – powiedziała Jecmen. Rozumienie czasu bliskiego Wielkiemu Wybuchowi jest niezwykle interesujące. Stanowi to fundament naszej wiedzy. To coś, co wydarzyło się tak dawno temu – jest fascynujące, że możemy obserwować podobne sytuacje w galaktykach, które istnieją dzisiaj.
W drugim badaniu, które zostało opublikowane w Astrophysical Journal Letters i było prowadzone przez Oey, skorzystano z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, aby przyjrzeć się Mkr 71, regionowi w pobliskiej galaktyce karłowatej NGC 2366, oddalonej o około 10 milionów lat świetlnych. W Mkr 71 zespół naukowców znalazł obserwacyjne dowody potwierdzające scenariusz Jecmen. Wykorzystując nową technikę opartą na HST, zespół zastosował zestaw filtrów, które analizują światło potrójnie zjonizowanego węgla.
Jak powiedziała Oey, w bardziej rozwiniętych galaktykach, gdzie występuje wiele wybuchów supernowych, te eksplozje podgrzewają gaz w gromadzie gwiazd do bardzo wysokich temperatur, sięgających milionów Kelwinów. W wyniku tego gorącego superwiatru, gaz w gromadzie jest wyrzucany na zewnątrz. Jednak w środowiskach o niskiej metaliczności, takich jak Mkr 71, gdzie brak wybuchów supernowych, energia w regionie jest wypromieniowywana. To oznacza, że nie ma szans na powstanie gorącego superwiatru w tego typu galaktykach.
Filtry zespołu naukowego uchwyciły rozproszoną poświatę zjonizowanego węgla w całym obszarze Mkr 71, co jednoznacznie wskazuje, że energia jest wypromieniowywana. W rezultacie nie ma obecności gorącego superwiatru, a zamiast tego gęsty gaz pozostaje w całym środowisku, nie zostaje wyrzucony na zewnątrz.
Oey i Jecmen powiedziały, że ma to wiele implikacji dla ich pracy.
Nasze odkrycia mogą mieć również istotne znaczenie dla wyjaśnienia właściwości galaktyk, które są obecnie obserwowane w kosmicznym świcie przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba – powiedziała Oey. Myślę, że nadal jesteśmy na etapie poznawania konsekwencji tego zjawiska.
Więcej informacji:
- Dwarf galaxies use 10-million-year quiet period to churn out stars
- Delayed Massive-star Mechanical Feedback at Low Metallicity
- Nebular C ivλ1550 Imaging of the Metal-poor Starburst Mrk 71: Direct Evidence of Catastrophic Cooling
Źródło: Uniwersytet Michigan
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Obszar chodzenia Mkr 71 sfotografowany przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Źródło: Sally Oey (University of Michigan), NASA, ESA
