Οι γαλαξίες εξελίχθηκαν πολύ νωρίς… Astronomers show galaxies had 'mature' shapes 11.5 billion years ago

This image shows "slices" of the Universe at different times throughout its history (present day, and at 4 and 11 billion years ago). Each slice goes further back in time, showing how galaxies of each type appear. The shape is that of the Hubble tuning fork diagram, which describes and separates galaxies according to their morphology into spiral (S), elliptical (E), and lenticular (S0) galaxies. On the left of this diagram are the ellipticals, with lenticulars in the middle, and the spirals branching out on the right side. The spirals on the bottom branch have bars cutting through their centres. The present-day Universe shows big, fully formed and intricate galaxy shapes. As we go further back in time, they become smaller and less mature, as these galaxies are still in the process of forming. This image is illustrative. the Hubble images of nearby and distant galaxies used were selected based on their appearance; their individual distances are only approximate. Copyright: NASA, ESA, M. Kornmesser

Μια προσεκτική ματιά στα πληρέστερα σχετικά δεδομένα που διαθέτουμε αποκάλυψε κάτι απρόσμενο: ότι τα μορφολογικά και χρωματικά χαρακτηριστικά που καθορίζουν τα είδη των γαλαξιών έτσι όπως τα γνωρίζουμε σήμερα είχαν ήδη διαμορφωθεί μόλις 2,5 δισ. χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη  και μάλιστα με την ίδια αναλογία. Η ανακάλυψη, η οποία υποδηλώνει ότι η εξέλιξη των γαλαξιών είναι ταχύτατη, προσφέρει στους αστροφυσικούς νέα στοιχεία για τη μελέτη του σχηματισμού των γαλαξιών ενώ επίσης θα βοηθήσει στη διερεύνηση της κατανομής της ύλης στο Σύμπαν.

Γαλαξιακή κληρονομιά

Galaxies are very important fundamental building blocks of the Universe. Some are simple, while others are very complex in structure. As one of the first steps towards a coherent theory of galaxy evolution, the American astronomer Edwin Hubble, developed a classification scheme of galaxies in 1926. Although this scheme, also known as the Hubble tuning fork diagram, is now considered somewhat too simple, the basic ideas still hold. The diagram is roughly divided into two parts: elliptical galaxies (ellipticals) and spiral galaxies (spirals). Hubble gave the ellipticals numbers from zero to seven, which characterize the ellipticity of the galaxy - "E0" is almost round, "E7" is very elliptical. The spirals were assigned letters from "a" to "c," which characterize the compactness of their spiral arms. "Sa" spirals, for example, are tightly wound whereas "Sc" spirals are more loosely wound. Also it is worth noting that the sizes of the round central regions in spirals - the so-called bulges - increase in size the more tightly the spiral arms are wound. There are indications pointing to a very close connection between the bulges of certain galaxies (Hubble types "S0", "Sa" and "Sb") and elliptical galaxies. They may very well be similar objects. Copyright: NASA & ESA

Θέλοντας να μελετήσουν την εξέλιξη της δομής των γαλαξιών ερευνητές του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης στο Άμχερστ με επικεφαλής τον Μάουρο Τζιαβαλίσκο έστρεψαν το βλέμμα τους πολύ μακριά στον χώρο και στον χρόνο. Ανέλυσαν δεδομένα από τη χαρτογράφηση CANDELS του τηλεσκοπίου Hubble (Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey, το μεγαλύτερο δείγμα πολύ μακρινών γαλαξιών που έχει συλλεχθεί ως σήμερα) επικεντρώνοντας τις έρευνές τους στην περίοδο από 1,5 ως 3,5 δισ. χρόνια μετά το Μπιγκ Μπανγκ.

Αναλύοντας 1.671 πολύ μεγάλους γαλαξίες αυτής της περιόδου (την οποία οι αστρονόμοι ονομάζουν «κοσμικό καταμεσήμερο» επειδή η δημιουργία άστρων μέσα στους γαλαξίες βρισκόταν στην κορύφωσή της) οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η διάκριση των γαλαξιακών δομών και χρωμάτων που γνωρίζουμε σήμερα (σπειροειδείς και ελλειπτικοί, γαλάζιο και κόκκινο) είχε διαμορφωθεί και μάλιστα με την ίδια αναλογία: το ίδιο με σήμερα ποσοστό γαλαξιών ήταν σπειροειδείς και γαλάζιοι ενώ οι υπόλοιποι ήταν ελλειπτικοί και κόκκινοι.

«Ήδη δυόμισι δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη οι γαλαξίες φαίνονται να έχουν τον ίδιο συσχετισμό μορφολογικών χαρακτηριστικών και σχετικών με τον σχηματισμό των άστρων ιδιοτήτων με αυτόν που βλέπουμε στο γειτονικό, σημερινό Σύμπαν» δήλωσε ο κ. Τζιαβαλίσκο στο «New Scientist». «Επομένως η διαδικασία της γαλαξιακής ποικιλομορφίας είναι πραγματικά ταχεία και αποτελεσματική».

Κόκκινο μυστήριο

Η Ανδρομέδα είναι σπειροειδής γαλαξίας και άρα δεν είναι κόκκινη, τη βλέπετε όμως εδώ σε απαστράπτον κόκκινο χρώμα σε μια από τις πρώτες λεπτομερείς απεικονίσεις της από τα υπέρυθρα «μάτια» του τηλεσκοπίου Spitzer (Πηγή NASA/JPL).

Αν και προσφέρει νέες γνώσεις για τη μελέτη των γαλαξιών και του Σύμπαντος, η ανακάλυψη, όπως τονίζει ο ερευνητής, βαθαίνει ακόμη περισσότερο ένα ήδη σκοτεινό μυστήριο που περιβάλλει τους «στείρους» κόκκινους γαλαξίες. Η διάκριση των γαλαξιών είχε γίνει στη δεκαετία του 1920 από τον Έντουιν Χαμπλ με βάση το σχήμα και το χρώμα τους: οι σπειροειδείς γαλαξίες είναι ως επί το πλείστον γαλάζιοι, κάτι το οποίο σημαίνει ότι σχηματίζουν νέα άστρα, ενώ οι ελλειπτικοί είναι ως επί το πλείστον κόκκινοι, το οποίο σημαίνει ότι δεν παράγουν πια αστέρια.

«Οι δυο τύποι είναι εξίσου μεγάλοι, επομένως έχουν την ίδια βαρύτητα» ανέφερε ο κ. Τζιοβαλίσκο. «Γιατί ο ένας τύπος είναι σε θέση να παράγει αέρια, να τα μετατρέπει σε άστρα και να εξακολουθεί να εξελίσσεται ενώ ο άλλος είναι κόκκινος, νεκρός και ανενεργός;».

Η νέα μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Astrophysical Journal», δεν δίνει απάντηση σε αυτό το ερώτημα, υποδηλώνει όμως ότι όποια και αν είναι η αιτία που εμποδίζει τη γέννηση των άστρων στους ελλειπτικούς γαλαξίες, αυτή θα πρέπει να επέρχεται πολύ γρήγορα αφού οι γαλαξίες του είδους εμφανίζονται τόσο νωρίς στο Σύμπαν.