Przejdź do treści

Gwiazdy zanieczyszczają, galaktyki recyklingują

img

Galaktyki były kiedyś uważane za samotne wyspy we Wszechświecie: grupy materii unoszące się w pustej przestrzeni. Teraz wiemy już, że są otoczone znacznie większym, ale prawie niewidocznym obłokiem pyłu i gazu. Astronomowie nazywają to ośrodkiem okołogalaktycznym (ang. circumgalactic medium – CGM). CGM działa jak olbrzymi zakład recyklingu, absorbując materię wyrzucaną przez galaktykę, a następnie wpychają ją tam z powrotem.

Misja NASA FORTIS będzie badać ten proces recyklingu, aby pomóc rozwikłać kilka nierozwiązanych tajemnic. FORTIS będzie obserwować pobliską galaktykę, aby zmierzyć gazy, które jej gwiazdy i supernowe pompują do otaczającego CGM. Obserwacje te rzucą światło na to, w jaki sposób materia krąży do i z galaktyk, napędzając powstawanie gwiazd i ewolucję galaktyczną. 

Sprawa brakującej materii

Astronomowie badający cykl życia galaktyk zmagali się z dwiema głównymi tajemnicami.

Po pierwsze, do budowy nowych gwiazd galaktyki potrzebują paliwa – gazów, takich jak wodór, hel a czasem i cięższe pierwiastki. Ale wiele galaktyk nadal tworzy gwiazdy długo po tym, jak, według astronomów, paliwo powinno zostać wyczerpane. Skąd pochodzi dodatkowy gaz?

Po drugie wydawało się, że brakuje produktów ubocznych istniejących gwiazd. „Gdy gwiazdy się starzeją, zanieczyszczają swoje otoczenie. Zbierają materię wokół siebie i wysadzają ją” – powiedział Stephan McCandliss, astrofizyk z Johns Hopkins University i główny badacz FORTIS.

Ale naukowcy odkryli, że wypełnione gwiazdami galaktyki nie były aż tak zanieczyszczone metalami – ciężkimi pierwiastkami powstałymi podczas procesu spalania gwiazd – jak powinny. Gaz bogaty w metal wchodzi do galaktyki i ją opuszcza, ale nikt nie wiedział, jak to się dzieje.

Galaktyczne centrum recyklingu

Astronomowie wiedzieli o istnieniu CGM, ale większość z nich była zbyt słaba lub zbyt rozproszona, by mogli je badać szczegółowo. Od 2009 r. dzięki kosmicznemu spektrografowi FORTIS rozpoczęły się badania nad CGM.

Dwa lata po rozpoczęciu obserwacji, badanie CGM 42 galaktyk wykazało, że są one pełne metali. Był to brakujący wcześniej zapas metali.

„CGM ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia ewolucji galaktyk, ponieważ jest magazynem znacznej części paliwa potrzebnego do formowania się gwiazd” – powiedział Scott Porter, astrofizyk z NASA Goddard Space Flight Center.

Grawitacja, ciągnąc gazy z CGM w kierunku centrum galaktyki, wstrzykuje do galaktyk świeże paliwo potrzebne do tworzenia gwiazd. Jednocześnie wiatry gwiazdowe i supernowe wystrzeliwują metale z powrotem do CGM, uzupełniając zapasy.

Jak gwiazdy i supernowe zanieczyszczają

Misja FORTIS określi, ile gazu jest wpompowywane do CGM w ramach tego procesu recyklingu. W szczególności teleskop zmierzy wiatr gwiazd i supernowych, aby dowiedzieć się, ile gazu jest wdmuchiwane do CGM – i ile przelatuje tuż obok niego.

„Jeżeli gaz zostanie wyrzucony z dużą prędkością, całkowicie ucieknie z galaktyki. Ale jeżeli zostanie wyrzucony z małą prędkością, będzie krążyć wokół i pomoże wzbogacić galaktykę” – powiedział McCandliss. Metale szlachetne mogą być wystrzeliwane przez CGM aż do przestrzeni międzygalaktycznej, omijając proces recyklingu.

FORTIS skieruje swoje instrumenty na galaktykę Trójkąt, znaną również jako M33, znajdującą się w odległości 2,7 mln lat świetlnych stąd. Trójkąt jest jasną galaktyką, a wiele niedawno powstałych gwiazd posiada silne wiatry gwiazdowe.

Po około minucie obserwacji M33, FORTIS skupi się na jej najjaśniejszych gromadach gwiazd i supernowych, aby zmierzyć prędkość i skład ich wiatrów. „To wszystko da nam wyobrażenie o tym, w jaki sposób ta materia krąży i jak wiele z niej jest przenoszonej” – powiedział McCandliss.

Więcej:
Stars Pollute, but Galaxies Recycle

Źródło: NASA

Na zdjęciu: Galaktyka Trójkąt (M33). Źródło: NASA, ESA, and M. Durbin, J. Dalcanton, oraz B. F. Williams (University of Washington)