Międzynarodowy zespół astronomów uchwycił erodujące pozostałości ponad 100 galaktyk w nieuchwytnym stanie transformacji.
Odkrycia te, opublikowane 9 listopada 2023 roku w czasopiśmie Nature, potwierdzają, że niektóre z najgęstszych galaktyk we Wszechświecie, zwane „ultrazwartymi galaktykami karłowatymi” (UCD), prawdopodobnie są skamieniałymi pozostałościami normalnych galaktyk karłowatych, które utraciły swoje zewnętrzne warstwy.
Ultrazwarte galaktyki karłowate (UCD) są jednymi z najgęstszych skupisk gwiazd we Wszechświecie. Te zagadkowe obiekty są bardziej zwarte niż inne galaktyki o podobnej masie, ale większe niż gromady gwiazd, które najbardziej przypominają. To sprawia, że trudno jest je jednoznacznie sklasyfikować. Od momentu odkrycia ultrazwartych galaktyk karłowatych ponad dwie dekady temu, pojawiły się kontrowersje dotyczące ich natury. Czy są to naprawdę kompaktowe galaktyki, czy też najbardziej masywne gromady kuliste? Już wkrótce po ich odkryciu pojawił się pomysł, że UCD są pozostałościami po rozbitych jądrach galaktyk karłowatych. Dowody na poparcie tego scenariusza obejmują odkrycie centralnych supermasywnych czarnych dziur, rozszerzoną historię formowania się gwiazd oraz słabe otoczki gwiazdowe wokół niektórych UCD. Wszystko to potwierdza teorię o usuwaniu pływów. Jednak wcześniejsze badania nie ujawniły dużej populacji gwiazd w fazie przejściowej, które można by się spodziewać podczas takiego procesu.
Aby znaleźć brakujące ogniwo pomiędzy galaktykami karłowatymi z jądrem a ultrazwartymi galaktykami karłowatymi, międzynarodowy zespół naukowców przeprowadził systematyczne poszukiwania obiektów pośredniego stadium w Gromadzie w Pannie, grupie tysięcy galaktyk znajdujących się w kierunku konstelacji Panny. Zespół naukowców skorzystał z różnych źródeł danych, aby dokonać swoich odkryć. Przede wszystkim, przejrzeli zdjęcia z przeglądu Next Generation Virgo Cluster Survey (NGVS), wykonane za pomocą Teleskopu Kanadyjsko-Francusko-Hawajskiego. i Ponadto, wykorzystali również archiwalne zdjęcia zebrane przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a. W wyniku tych badań, naukowcy stwierdzili, że około 15% gromad UCD w Gromadzie w Pannie posiada rozproszone otoczki gwiazdowe.
Aby odróżnić prawdziwe UCD od galaktyk tła, zespół przeprowadził dodatkowe badania spektroskopowe za pomocą teleskopu Gemini North. Badania te miały na celu uzyskanie bardziej precyzyjnych pomiarów odległości do obiektów. Obserwacje te pozwoliły naukowcom wyeliminować wszystkie galaktyki tła z próbek, a w rezultacie pozostały tylko UCD w Gromadzie Panny.
Oprócz UCD z rozproszonymi otoczkami, zespół również zweryfikował niewielką liczbę galaktyk karłowatych, które posiadają wyraźne centralne gromady gwiazd. W badaniu te galaktyki zostały nazwane galaktykami karłowatymi „o silnym jądrze”. Stwierdzono, że mają one podobną morfologię, rozkład przestrzenny i kolor do UCD z otoczkami gwiazdowymi. Prawdopodobnie reprezentują one wczesne etapy procesu transformacji, sugerując, że po pozbawieniu tych galaktyk karłowatych ich zewnętrznych warstw gwiazd i gazu przez sąsiednie galaktyki, to co pozostanie będzie obiektem identycznym z późniejszymi etapami UCD, które już zostały zidentyfikowane.
Nasze wyniki zapewniają najbardziej kompletny obraz pochodzenia tej tajemniczej klasy galaktyk, która została odkryta prawie 25 lat temu – powiedział astronom NOIRLab Eric Peng. Tutaj pokazujemy, że 106 małych galaktyk w Gromadzie w Pannie ma rozmiary pomiędzy normalnymi galaktykami karłowatymi a UCD, ujawniając kontinuum, które wypełnia „lukę wielkości” między gromadami gwiazd a galaktykami.
Naukowcy odkryli także rozległe i rozproszone otoczki gwiazdowe oraz strumienie pływowe wokół niektórych galaktyk karłowatych „o silnym jądrze” i UCD z otoczkami, co wskazuje, że obecnie przechodzą one przez fazę przejściową, w której ich gwiazdy i ciemna materia są usuwane. W ramach swojej szczegółowej próbki, zespół zidentyfikował obiekty na różnych etapach ewolucji, które tworzą fascynującą historię morfologii UCD. Co więcej, prawie wszystkie te kandydatki znajdowały się w bliskim sąsiedztwie masywnych galaktyk, co sugeruje, że ich lokalne środowisko odgrywa istotną rolę w procesie ich formowania się.
Gdy przeanalizowaliśmy obserwacje Gemini i wyeliminowaliśmy wszystkie zanieczyszczenia tła, mogliśmy zobaczyć, że te galaktyki przejściowe istniały prawie wyłącznie w pobliżu największych galaktyk. Od razu wiedzieliśmy, że transformacja środowiskowa musi być ważna – powiedział Kaixiang Wang.
Oprócz analizy środowiska, w którym występują galaktyki karłowate, wyniki te dostarczają cennych informacji na temat procesów tworzenia ekstremalnych galaktyk we Wszechświecie. Galaktyki skrajnie rozproszone (UDG) oraz ultrazwarte galaktyki karłowate (UCD) mogą mieć wspólne źródło powstania, ewoluując z typowych galaktyk. Galaktyki skrajnie rozproszone mogą stanowić pośredni etap w procesie ewolucji galaktyk karłowatych w ultrazwarte galaktyki karłowate. Kiedy znacząca ilość ciemnej materii zostaje usunięta z galaktyki przez oddziaływanie pływowe, rozkład gwiazd w galaktyce staje się znacznie bardziej rozproszony niż wcześniej. Stopniowe usuwanie gwiazd z peryferyjnych obszarów galaktyki powoduje tworzenie się skondensowanych jąder, które stanowią rdzeń ultrazwartej galaktyki karłowatej.
To ekscytujące, że w końcu możemy zobaczyć tę transformację w akcji – powiedział Peng. To mówi nam, że wiele z tych UCD jest widocznymi skamieniałymi pozostałościami dawnych galaktyk karłowatych w gromadach galaktyk, a nasze wyniki sugerują, że prawdopodobnie można znaleźć znacznie więcej pozostałości o niskiej masie. Tymczasem te UCD służą jako ważna sonda do rekonstrukcji historii akrecji Gromady w Pannie i centralnych masywnych galaktyk, takich jak M87.
Więcej informacji:
- PKU Astronomers Reveal the Formation of Dense Dwarf Galaxy ‘Fossils’
- An evolutionary continuum from nucleated dwarf galaxies to star clusters
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Źródło: PKU
Na ilustracji: Kontinuum galaktyk uchwyconych na różnych etapach procesu transformacji z galaktyki karłowatej w ultrazwartą galaktykę karłowatą (UCD). Obiekty te znajdują się w pobliżu gigantycznej galaktyki eliptycznej M87, dominującego członka sąsiedniej Gromady w Pannie. Źródło: NOIRLab/NSF/AURA/NASA/K. Wang/R. Gendler
