Nasa News - Komunikat 14-028

29 stycznia 2014

 

Przy użyciu kosmicznych teleskopów Hubble’a i Spitzer’a (NASA) oraz Europejskiego Kosmicznego Obserwatorium Herschel’a, astronomowie ułożyli w sekwencję etapy ewolucji małych i gęstych galaktyk eliptycznych, które zdążyły się uformować i którym skończyło się paliwo gazowe dość wcześnie, jeśli chodzi o długość istnienia Wszechświata.

 

Sekwencja ewolucji masywnych galaktyk eliptycznych, na przestrzeni 13 mld lat, która została opracowana w oparciu o obserwacje prowadzone tak kosmicznymi, jak i naziemnymi teleskopami. Rozwój tego typu galaktyk jest napędzany przez gwałtowne procesy formowania się gwiazd i łączenie z innymi galaktykami.


Credit:
NASA, ESA, S. Toft (Niels Bohr Institute), and A. Feild (STScI)

 

Przy pomocy instrumentów teleskopu Hubble’a, umożliwiających obserwacje w podczerwieni, astronomowie zgromadzili po raz pierwszy charakterystyczne przykłady spektroskopowe ultra-gęstych galaktyk eliptycznych w fazie końcowej ich paliwa gazowego – galaktyk, w których procesy formowania gwiazd zakończyły się, kiedy Wszechświat miał tylko 3 mld lat – czyli mniej, niż jedna trzecia jego obecnego wieku, szacowanego na 13,8 mld lat.

Badania te, wspomagane przez liczne teleskopy naziemne, rozwiązują dziesięcioletnią już zagadkę ewolucji najbardziej masywnych galaktyk eliptycznych, które widzimy dzisiaj. Dają one wyraźny obraz tego, jak powstawały najmasywniejsze galaktyki we Wszechświecie, poczynając od „zapalenia się” w procesach termojądrowych ich pierwszych gwiazd, poprzez formowanie gęstych jąder, aż do ostatecznej rzeczywistości w postaci gigantycznych galaktyk eliptycznych.

„W końcu jesteśmy w stanie pokazać, jak te gęste galaktyki mogą powstawać, jak to się działo kiedyś i kiedy to się działo. Badania te, to praktycznie ostatni brakujący element do zrozumienia, jak powstały najbardziej masywne galaktyki i jak ewoluowały do gigantycznych galaktyk eliptycznych dzisiaj.” - mówi Sune Toft z Dark Cosmology Center w Instytucie Niels’a Bohr’a w Kopenhadze, który prowadzi te badania. „Była to wielka niewiadoma przez wiele lat, ponieważ mogliśmy zauważyć, że tylko 3 mld lat po Wielkim Wybuchu, w połowie najbardziej masywnych galaktyk zakończyły się już procesy gwiazdotwórcze.”

W toku badań naukowcy ustalili, że małe i gęste galaktyki eliptyczne żarłocznie konsumowały gaz dostępny w nich dla procesów gwiazdotwórczych aż do momentu, kiedy nie mogły już powstawać nowe gwiazdy. Wtedy zaczęły łączyć się z innymi mniejszymi galaktykami, aby w końcu utworzyć gigantyczne galaktyki eliptyczne. Gęstość gwiazd w tych małych i zwartych galaktykach, była od 10 do 100 razy większa, niż w porównywalnie masywnych gigantycznych galaktykach eliptycznych, widzianych dzisiaj w bliskich okolicach naszego Wszechświata – i to właśnie było niespodzianką dla astronomów, według Toft’a.

Żeby w ogóle móc przedstawić sekwencję ewolucji ultra-gęstych galaktyk eliptycznych, którym wyczerpało się paliwo gazowe, zespół Toft’a połączył, po raz pierwszy w historii, charakterystyczne przykłady dwóch typów galaktyk, bazując na danych Projektu COSMOS (CES) zespołu Teleskopu Hubble’a.

Pierwszą grupą były małe i gęste galaktyki eliptyczne. Drugą grupę stanowiły galaktyki w dużym stopniu przyćmione przez pył, w których zachodzą gwałtowne procesy gwiazdotwórcze – tysiące razy szybsze niż obserwowane w naszej Drodze Mlecznej. Powstawanie nowych gwiazd, w tych pyłowych galaktykach, najprawdopodobniej zostało zapoczątkowane poprzez zderzenie się dwóch bogatych w gaz galaktyk. Galaktyki te mają aż tyle pyłu, że są prawie niewidoczne w świetle widzialnym, ale za to świecą jasno w submilimetrowych długościach fal (fale w zakresie 25μm−1mm to inaczej FIR – far infrared, czyli daleka podczerwień - przyp. tłum.), kiedy to po raz pierwszy zostały zauważone ponad dwie dekady temu, przez instrument SCUBA (Submillimeter Common-User Bolometer Array) teleskopu James Clerk Maxwell’a na Hawajach.

Zespół Toft’a rozpoczął od tworzenia typowego przykładu gęstych galaktyk eliptycznych o ściśle określonych rozmiarach, przesunięciach ku czerwieni lub odległościach, pomierzonych przez Projekty związane z Teleskopem Hubble’a: CANDELS (Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) i 3D-HST. 3D-HST 3D-HST jest projektem badawczym w bliskiej podczerwieni, zajmującym się fizycznymi procesami wpływającymi na kształt galaktyk w odległym Wszechświecie. Astronomowie połączyli te dane z danymi z teleskopu Subaru na Hawajach oraz kosmicznego teleskopu Spitzer’a. To pozwoliło na w miarę dokładne oszacowanie wieku – stąd wywnioskowali, że gęste galaktyki eliptyczne wykształciły się poprzez intensywne procesy gwiazdotwórcze wewnątrz galaktyk, które istniały nawet 2 mld lat przedtem.

Następnie zespół stworzył typowy wzór najbardziej odległych galaktyk obserwowanych w paśmie submilimetrowym, opierając się o dane Projektu COSMOS, uzyskane z kosmicznych teleskopów Hubble’a, Spitzer’a i Herschel’a, oraz dane z naziemnych teleskopów takich, jak Subaru, James Clerk Maxwell i Submilimiter Array – wszystkie na Hawajach. Ten multi-spektralny zestaw informacji, rozciągającej się od pasma widzialnego aż do fal submilimetrowych, przyniósł wynik w postaci wielu danych opisujących  rozmiary, masy, szybkości powstawania gwiazd, zawartości pyłu, oraz precyzyjnych odległości do spowitych w pyle galaktyk, które istniały wcześnie w dziejach Wszechświata.

Kiedy zespół Toft’a porównał przykłady dwóch typów galaktyk, dostrzegł powiązania ewolucyjne między małymi i gęstymi galaktykami eliptycznymi, a tymi obserwowanymi w paśmie submilimetrowym. Obserwacje pokazują, że procesy gwiazdotwórcze w pyłowych galaktykach miały takie same charakterystyki, jak przewidywane dla tworów poprzedzających gęste galaktyki eliptyczne. Zespół Toft’a wyliczył także, że intensywne procesy gwiazdotwórcze wewnątrz galaktyk pasma submilimetrowego trwały zaledwie około 40 mln lat, zanim zasoby międzygwiezdnego gazu wyczerpały się.

Wyniki badań zostaną przedstawione w wydaniu 29/01 The Astrophysical Journal.

 

Żródło: http://www.nasa.gov/press/2014/january/nasa-and-esa-space-telescopes-help-solve-mystery-of-ultra-compact-burned-out/

Opracował i przetłumaczył: Marek Pacuk


facebook PTMA Szczecin

Login