Tai taip pat žemina, kaip ir skatina galvoti apie tai, kiek dar turime išmokti apie Visatą. Mano bendradarbiai ir aš ką tik išsprendėme vieną iš astrofizikos ilgalaikių paslapčių: kaip gali susidaryti masyvios elipsės formos galaktikos.
Dabar pirmą kartą turime tvirtų stebėjimų įrodymų, kurie pateikia atsakymą. Mūsų rezultatai neseniai buvo paskelbti Gamta.
Dabartinės Visatos galaktikos skirstomos į dvi plačias kategorijas. Yra spiralinių galaktikų, tokių kaip mūsų Paukščių Takas, kuriose gausu dujų ir kurios nuolat formuoja žvaigždes besisukančiame diske. Taip pat yra elipsinių galaktikų, kurios yra didelės ir sferinės, o ne plokščios, panašios į regbio kamuolį.
Pastarosios nesukuria naujų žvaigždžių, bet jose dominuoja žvaigždės, susiformavusios daugiau nei prieš 10 milijardų metų.
Elipsinių galaktikų susidarymą jau seniai sunku paaiškinti kosmologiniais modeliais, aprašančiais Visatos evoliuciją nuo Didžiojo sprogimo iki dabar. Manoma, kad žvaigždžių formavimasis elipsinių galaktikų formavimosi eroje (prieš 10–12 milijardų metų) vyko dideliuose besisukančiuose diskuose, panašiai kaip mūsų pačių Paukščių Takas.
Taigi, kaip galaktikos pakeitė savo formą iš plokščių diskų į trimates elipsines galaktikas?
Pastebėjimai su Alma
Analizuodami Atakamos didelio milimetro / submilimetrų masyvo (Alma) duomenis, nustatėme milžiniškų elipsinių galaktikų gimimo vietas.
Mes atradome, kad vietinės elipsinės galaktikos gali susidaryti per intensyvius ir trumpalaikius žvaigždžių formavimosi epizodus ankstyvoje Visatoje, o ne pradėti kaip besisukantis diskas ir laikui bėgant tapti elipsiškesnės.
Mūsų tyrimas ištyrė dulkių pasiskirstymą daugiau nei 100 tolimų galaktikų, kurios, kaip žinome, sudarė daugybę žvaigždžių, kai Visata buvo 2,2–5,9 milijardo metų amžiaus.
Dulkės rodo, kad yra dujų – medžiagos, iš kurios susidaro naujos žvaigždės – ir leidžia tyrinėti galaktikos sritis, kuriose aktyviai formuojasi naujos žvaigždės.
Naudodami naują stebėjimo techniką, nustatėme, kad šiose tolimose galaktikų dulkės yra labai kompaktiškos ir nėra tokios, kokių tikėjomės iš plokščių disko formos galaktikų. Be to, galėjome padaryti išvadą apie dulkes skleidžiančių regionų trimatę geometriją.
Ši analizė rodo, kad dauguma ankstyvųjų žvaigždžių formavimo galaktikų iš tikrųjų buvo sferinės, o ne disko formos. Tiesą sakant, jie labai panašūs į šiandieninių netoli mūsų esančių elipsinių galaktikų formą.
Tada naudojome kosmologinį kompiuterinį modeliavimą, kad interpretuotume stebėjimo rezultatus ir suprastume fizinius mechanizmus, dėl kurių dulkės ir dujos galėjo nuskęsti į šių tolimų žvaigždžių formavimo galaktikų centrus.
Mūsų analizė atskleidžia, kad tuo pat metu šaltų dujų srautų iš aplinkinių galaktikų veikimas kartu su galaktikų sąveika ir susiliejimu gali nukreipti dujas ir dulkes į kompaktiškas žvaigždes formuojančias šių galaktikų branduolius. Modeliavimas taip pat rodo, kad šis procesas buvo įprastas ankstyvojoje Visatoje, o tai yra pagrindinis greito elipsinių galaktikų susidarymo paaiškinimas.
Mūsų išvados prideda esminį šio galvosūkio elementą, padedantį suprasti galaktikų formavimąsi ir evoliuciją.
Nauja stebėjimo technika
Šis atradimas buvo įmanomas dėl naujos ALMA stebėjimų analizės technikos. Almos duomenys skiriasi nuo vaizdų, kuriuos esame įpratę matyti iš optinių teleskopų. Tiesą sakant, Alma veikia derindama signalus iš kelių antenų, kurios kartu veikia kaip vienas milžiniškas teleskopas.
Ši technika žinoma kaip interferometrija ir, nors ji leidžia gauti ryškius tolimų galaktikų vaizdus, duomenų analizė yra sudėtingesnė nei naudojant tradicinius optinius vaizdus. Mūsų nauja technika leidžia tiksliau išmatuoti dulkių pasiskirstymą, palyginti su ankstesniais metodais, o tai daro didelę pažangą šioje srityje.
Šiam tyrimui naudojome archyvinius, atviros prieigos Alma duomenis, sukauptus per kelerius metus. Tai pabrėžia atvirojo kodo duomenų, kai mokslininkai dalijasi savo išvadomis, galią ir pasaulinį bendradarbiavimą skatinant mokslo proveržius.
Būsimi stebėjimai su JWST ir Euklido kosminiais teleskopais dar labiau parodys žvaigždžių pasiskirstymą tolimuose šiandieninių elipsinių galaktikų protėviuose. Be to, itin didelis teleskopas su 39 metrų pločio veidrodžiu suteiks precedento neturintį vaizdą apie žvaigždžių formavimo branduolius tolimose galaktikose.
Be to, ryškesni dujų dinamikos stebėjimai naudojant ALma ir labai didelį teleskopą atskleis, kaip dujos juda link galaktikų centrų, skatindamos žvaigždžių formavimąsi ir formuodami galaktikas, kurias matome šiandien.
Annagrazia Puglisi, Sautamptono universiteto astrofizikos jubiliejinė narė.
Šis straipsnis iš naujo paskelbtas iš The Conversation pagal Creative Commons licenciją. Skaitykite originalų straipsnį.
