Το λεπτομερές διάγραμμα ενός τερατώδους γαλαξία. Unstoppable Monster in the Early Universe

Καλλιτεχνική απεικόνιση του γαλαξία «τέρας» COSMOS-AzTEC-1. Ο γαλαξίας αυτός βρίσκεται σε απόσταση 12,4 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη και τα άστρα στο εσωτερικό του σχηματίζονται 1000 φορές πιο γρήγορα απ’ ότι στον Γαλαξία μας. Artist’s impression of the monster galaxy COSMOS-AzTEC-1. This galaxy is located 12.4 billion light-years away and is forming stars 1000 times more rapidly than our Milky Way Galaxy. ALMA observations revealed dense gas concentrations in the disk, and intense star formation in those concentrations. Credit: National Astronomical Observatory of Japan

Ομάδα Ιαπώνων αστρονόμων δημιούργησε την πιο λεπτομερή ανατομία ενός γαλαξία «τέρας», που βρίσκεται 12,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη.

Οι γαλαξίες «τέρατα» πιστεύεται ότι είναι οι πρόγονοι των τεράστιων ελλειπτικών γαλαξιών του σημερινού Σύμπαντος, επομένως τα νέα ευρήματα  ανοίγουν το δρόμο για καλύτερη κατανόηση του σχηματισμού και της εξέλιξης των συγκεκριμένων γαλαξιών.

Οι αστρονόμοι χρησιμοποιώντας το σύστημα ALMA ανακάλυψαν λοιπόν ότι τα μοριακά νέφη στον γαλαξία «τέρας» είναι εξαιρετικά ασταθή, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό άστρων.

«Ένα από τα καλύτερα πλεονεκτήματα του ALMA είναι ότι μας επιτρέπει να δούμε μακρινούς γαλαξίες σε υψηλή ανάλυση», εξηγεί ο Κενίτσι Ταντάκι, μεταδιδακτορικός ερευνητής της Ιαπωνικής Εταιρείας Προώθησης της Επιστήμης και του Εθνικού Αστρονομικού Παρατηρητηρίου της Ιαπωνίας, συγγραφέας της μελέτης, σε σχετικό άρθρο που δημοσιεύθηκε στο Nature.

Οι γαλαξίες «τέρατα» δημιουργούν νέα άστρα με εκπληκτικό ρυθμό, 1.000 φορές μεγαλύτερο από το σχηματισμό άστρων στο Γαλαξία μας.

Γιατί είναι τόσο δραστήριοι;

Monster galaxy COSMOS-AzTEC-1 observed with ALMA. ALMA revealed the distribution of molecular gas (left) and dust particles (right). In addition to the dense cloud in the center, the research team found two dense clouds several thousand light-years away from the center. These dense clouds are dynamically unstable and thought to be the sites of intense star formation. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tadaki et al.

Για να μπορέσουν να απαντήσουν σε αυτό το καίριο ερώτημα, οι ερευνητές θα πρέπει να γνωρίζουν το περιβάλλον των αστρικών «φυτωρίων». Η κατάρτιση λοιπόν λεπτομερών χαρτών των μοριακών νεφών είναι ένα σημαντικό βήμα για τη μελέτη του κοσμικού αυτού τέρατος.

Ο Ταντάκι και οι συνεργάτες του εστίασαν στον χιμαιρικό γαλαξία COSMOS-AzTEC-1. Αυτός ο γαλαξίας ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά με το τηλεσκόπιο James Clerk Maxwell και αργότερα το Μεγάλο Χιλιομετρικό Τηλεσκόπιο (LMT) βρήκε μια τεράστια ποσότητα αερίου μονοξειδίου του άνθρακα στον γαλαξία και αποκάλυψε την αστρική του έκρηξη.

Το LMT μέτρησε επίσης την απόσταση από τον γαλαξία και διαπίστωσαν ότι είναι 12,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το COSMOS-AzTEC-1 είναι πλούσιο σε αστρικά συστατικά, αλλά και πάλι τους ήταν δύσκολο να κατανοήσουν τη φύση του κοσμικού αερίου στο γαλαξία.

Η ομάδα χρησιμοποίησε το σύστημα ALMA για να παρατηρήσει τον γαλαξία «τέρας» και να καταρτίσει έτσι έναν λεπτομερή χάρτη της κατανομής και της κίνησης του αερίου. Χάρη στην πιο εκτεταμένη κεραία του ALMA πρόκειται για τον υψηλότερης ανάλυσης μοριακό χάρτη αερίου ενός μακρινού γαλαξία «τέρας» που έγινε ποτέ.

«Βρήκαμε ότι υπάρχουν δύο ξεχωριστά μεγάλα νέφη αρκετά χιλιόμετρα μακριά από το κέντρο. Στους περισσότερους μακρινούς γαλαξίες, τα αστέρια σχηματίζονται στο κέντρο, οπότε είναι εκπληκτικό να βρούμε νέφη εκτός του κέντρου», εξηγεί ο Ταντάκι.

Οι αστρονόμοι διερεύνησαν περαιτέρω τη φύση του αερίου στο COSMOS-AzTEC-1 και διαπίστωσαν ότι τα νέφη σε όλο τον γαλαξία είναι πολύ ασταθή, κάτι που είναι ασυνήθιστο. Σε μια κανονική κατάσταση, η εσωτερική βαρύτητα και η προς τα έξω πίεση είναι ισορροπημένα στα νέφη. Όταν η βαρύτητα ξεπεράσει την πίεση, το νέφος αερίου σπάει και σχηματίζει αστέρια με γρήγορο ρυθμό. Στη συνέχεια, τα αστέρια και οι εκρήξεις του σουπερνόβα στο τέλος του αστρικού κύκλου ζωής εκρήγνουν αέρια, τα οποία αυξάνουν την προς τα έξω πίεση. Ως αποτέλεσμα, η βαρύτητα και η πίεση φτάνουν σε ισορροπημένη κατάσταση και η διαμόρφωση των αστεριών συνεχίζεται με μέτριο ρυθμό. Με αυτό τον τρόπο ο σχηματισμός ενός άστρου στους γαλαξίες είναι αυτορυθμιζόμενος. Όμως, στον COSMOS-AzTEC-1, η πίεση είναι πολύ ασθενέστερη από τη βαρύτητα και είναι δύσκολο να εξισορροπηθεί. Επομένως αυτός ο γαλαξίας δείχνει έναν δραπευτεύοντα σχηματισμό αστεριών και έχει μεταμορφωθεί σε έναν γαλαξία «τέρας».

Η ομάδα εκτιμά ότι το αέριο μονοξειδίου του άνθρακα στον COSMOS-AzTEC-1 θα καταναλωθεί εντελώς σε 100 εκατομμύρια χρόνια, το οποίο είναι 10 φορές ταχύτερο από ό,τι σε άλλους γαλαξίες.

Γιατί είναι τόσο ασταθές το αέριο μονοξειδίου του άνθρακα στο COSMOS-AzTEC-1;

Οι ερευνητές δεν έχουν ακόμα μια οριστική απάντηση σ’ αυτό το ερώτημα, αλλά η συγχώνευση γαλαξιών είναι μια πιθανή αιτία.

Η σύγκρουση των γαλαξιών μπορεί να έχει μεταφέρει αποτελεσματικά το αέριο μονοξειδίου του άνθρακα σε μια μικρή περιοχή και αυτό να έχει προκαλέσει έναν έντονο σχηματισμό άστρων.

«Αυτή τη στιγμή, δεν έχουμε καμία ένδειξη συγχώνευσης σε αυτόν τον γαλαξία. Παρατηρώντας άλλους παρόμοιους γαλαξίες με το ALMA, θέλουμε να αποκαλύψουμε τη σχέση μεταξύ των συγχωνεύσεων γαλαξιών και των γαλαξιών ‘τεράτων’», καταλήγει ο Ταντάκι.

Πηγές: https://www.nature.com/articles/s41586-018-0443-1 - https://alma-telescope.jp/en/news/press/aztecone-201808 - http://www.in.gr/2018/08/30/tech/astronomoi-eftiaksan-leptomeri-xarti-galaksia-teras/