Nowe badania zgrubienia centralnego w Drodze Mlecznej

Międzynarodowy zespół astronomów z Instituto de Astrofísica e Ciências uzyskał ciekawe wyniki dotyczące zgrubienia centralnego znajdującego się w centrum naszej Galaktyki - Drogi Mlecznej. Rzucają one nowe światło na nasze zrozumienie ewolucji galaktyk spiralnych.

Przeanalizowanie około pół miliona widm z próbki obejmującej wszystkie morfologiczne typy nieoddziałujących ze sobą galaktyk spiralnych wymagało kilku lat i dużej mocy obliczeniowej. Zespół był w stanie po raz pierwszy zmierzyć odchylenia w wieku gwiazd w zgrubieniu centralnym, zaczynając od jego środka i stopniowo przesuwając się do granic, i lepiej zrozumieć, w jaki sposób ta różnica w ich wieku odnosi się do innych, ogólnych właściwości galaktycznych, takich jak istnienie aktywnych jąder galaktycznych (AGN-ów) lub całkowita masa gwiazd w danej galaktyce.

Badania wykonano z użyciem danych zbieranych w ramach przeglądu CALIFA Integral Field Spectroscopy (IFS2) i zaawansowanych narzędzi modelowania komputerowego.

Nowe badania ujawniły, że populacja gwiazd znajdujących się w samych centrach zgrubień najbardziej masywnych galaktyk spiralnych jest starsza niż dla gwiazd leżących na brzegu zgrubienia centralnego, podczas gdy w galaktykach o małej masie jest dokładnie na odwrót - to najmłodsze gwiazdy zaludniają środek zgrubienia, a starsze są na jego peryferiach. Ten wynik jest zgodny z poprzednimi wynikami naukowymi zespołu, w których już wcześniej wykryto mocne dowody na istnienie ujednoliconego scenariusza powstawania galaktyk spiralnych. Okazuje się teraz, że galaktyki spiralne o małych i dużych masach mogą powstawać w ten sam sposób, ale przy tym galaktyki najbardziej masywne przechodzą te same etapy formacji gwiazdowej wcześniej i szybciej niż ich odpowiedniki o mniejszej masie.

Tę zależność można wykorzystać do oszacowania wpływu AGN-ów na ewolucję zgrubień centralnych, a także samych galaktyk spiralnych. Fakt, że masa zgrubienia jest ściśle związana z masą supermasywnej czarnej dziury zasilającej aktywne jądro galaktyczne, wskazuje na fizyczny związek między wzrostem galaktyk i ich centralnych czarnych dziur. Zrozumienie mechanizmów powstawania zgrubień i ich ewolucji jest zatem niezbędny do szerszego zrozumienia, w jaki sposób supermasywne czarne dziury powstały w epoce rejonizacji, i jak z czasem wpłynęły na całą ewolucję galaktyk.

Zdaniem głównego autora publikacji, Iris Bredy, z wyników tych można wyciągnąć wiele ważnych wniosków. Najbardziej istotne jest to, że wybrzuszenia znajdujące się w centrach ogromnych galaktyk spiralnych nie mogły raczej powstać w szybkim i gwałtownym epizodzie formowania się gwiazd, jak się wciąż powszechnie uważa. Przeciwnie - nowe wyniki potwierdzają scenariusz, w którym owe wypukłości powstają raczej stopniowo, w ciągu 2–4 miliardów lat.

- Wraz z naszymi poprzednimi wynikami ostatnie badania potwierdzają hipotezę, zgodnie z którą najmniej masywne galaktyki, obecnie aktywnie tworzące gwiazdy w samym środku swoich zgrubień, przypominają zmniejszone wersje najbardziej masywnych galaktyk spiralnych znajdujących się na bardzo wczesnych etapach ewolucji - dodaje Breda (Science Faculty of the University of Porto).

Wiadomo także, że galaktyka aktywna (AGN) usuwa z centralnego galaktycznego wybrzuszenia zimny gaz, przez co również wyłącza procesy formowania się gwiazd - najpierw w jego środkowej części, a wraz z upływem czasu także na obrzeżach. Zjawisko to powoduje właśnie obniżenie średniego wieku populacji gwiazd, gdy przechodzimy od środka do obrzeża zgrubienia. Wykorzystując ten fakt, naukowcy wynaleźli metodę szacowania średniej prędkości wygaszania formowania się gwiazd ku zewnętrznym obszarom zgrubienia, które napędza obecność AGN-u. Stosunkowo niska wynikowa prędkość tego procesu (1-2 km/s) oznacza, że wzrost aktywności AGN-u nie prowadzi do katastrofalnego epizodu nagłego usunięcia gazu i błyskawicznego zakończenia procesu formowania się gwiazd w całym zgrubieniu.

Udział naukowców w wiodących dziś przeglądach radiowych nieba, takich jak na przykład Evolutionary Map of the Universe (EMU), daje też perfekcyjne warunki do szczegółowych badań interakcji aktywnych jąder galaktycznych z otaczającym je gazem - z pomocą głębokiej interferometrii radiowej. Umożliwi to poszukiwanie niewielkich dżetów radiowych w obrębie zgrubień centralnych, które jak dotąd nie zostały wykryte w poprzednich obserwacjach radioastronomicznych o niższej rozdzielczości.

Badane są teraz najdrobniejsze szczegóły procesów powstawania i ewolucji galaktyki, łączące bezprecedensowe obserwacje z rewolucyjnymi narzędziami obliczeniowymi i modelowaniem komputerowym. - Techniki te wkrótce zostaną przeniesione na jeszcze wyższy poziom, gdy naukowcy otrzymają do dyspozycji potężny spektrograf MOONS (Very Large Telescope, ESO). Będziemy wtedy mieli dostęp do szczegółowych obserwacji milionów galaktyk w fazie największej ewolucji galaktyk we Wszechświecie, mającej miejsce, gdy Wszechświat miał mniej niż połowę swojego obecnego wieku - podsumowuje koordynator badań z IA, José Afonso.

Na ilustracji: Wizja artystyczna - aktywna galaktyka z dżetami. Źródło: ESO, Courtesy: Aurore Simonnet, Sonoma State University.