Naukowcy odkryli, że stare galaktyki eliptyczne mogą powstawać w wyniku intensywnego formowania się gwiazd we wczesnych jądrach galaktyk.
Odkrycie to, pochodzące z danych przeanalizowanych przez Atacama Large Millimeter/submilimeter Array, pokazuje, że te galaktyki sferoidalne, często uważane za statyczne i obojętne, były niegdyś dynamicznymi obszarami intensywnego formowania się gwiazd podczas kosmicznego południa. To transformacyjne spojrzenie na ewolucję galaktyk pomaga wyjaśnić procesy stojące za powstawaniem najbardziej masywnych galaktyk we wszechświecie.
Przełomowe odkrycie w formacji galaktyk
Międzynarodowy zespół badaczy, w tym naukowcy z Instytutu Fizyki i Matematyki Wszechświata Kavli Uniwersytetu Tokijskiego (Kavli IPMU, WPI), odkrył dowody na to, że stare galaktyki eliptyczne mogą powstawać w wyniku intensywnego formowania się gwiazd w jądrach wczesnych galaktyk. To przełomowe odkrycie, opublikowane w Naturaoferuje nowy wgląd w ewolucję galaktyk we wczesnym Wszechświecie.
Dzisiejsze galaktyki charakteryzują się szeroką gamą kształtów i struktur, ale ogólnie można je podzielić na dwie główne kategorie. Młodsze galaktyki spiralne przypominające dyski, takie jak Droga Mlecznaaktywnie tworzą nowe gwiazdy. Natomiast starsze galaktyki eliptyczne, charakteryzujące się zgrubieniem centralnym i brakiem gazu gwiazdotwórczego, składają się głównie ze starożytnych gwiazd. Pomimo ich powszechnego występowania, pochodzenie tych galaktyk sferoidalnych pozostaje kwestią otwartą – aż do teraz.
Przełomowe obserwacje z kosmicznej ery południa
Odkrycie miejsc narodzin gigantycznych galaktyk eliptycznych – ogłoszono w artykule opublikowanym 4 grudnia w Natura – pochodzi z analizy danych z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) na ponad 100 jasnych galaktykach submilimetrowych (SMG) z przesunięciami ku czerwieni datowanymi na erę „kosmicznego południa”, kiedy wiek Wszechświata wynosił od około 1,6 do 5,9 miliarda lat, a wiele galaktyk aktywnie tworzyło gwiazdy.
Badanie to dostarcza pierwszego solidnego dowodu obserwacyjnego na to, że sferoidy mogą powstawać bezpośrednio w wyniku intensywnego formowania się gwiazd w jądrach bardzo jasnych galaktyk gwiazdotwórczych we wczesnym Wszechświecie, w oparciu o nową perspektywę z pasma submilimetrowego. Ten przełom będzie miał znaczący wpływ na modele ewolucji galaktyk i pogłębi naszą wiedzę na temat powstawania i ewolucji galaktyk we Wszechświecie.
Nowe spojrzenie na struktury sferoidalne
W tym badaniu naukowcy pod kierownictwem Qinghua Tana, współpracownika Obserwatorium Purple Mountain Chińskiej Akademii Nauk, w tym profesora Kavli IPMU Johna Silvermana, badacza projektu Borisa Kality i studenta studiów magisterskich Zhaoxuana Liu, wykorzystali analizę statystyczną rozkładu jasności powierzchni emisji pyłu w pasmo submilimetrowe w połączeniu z nowatorską techniką analizy.
Odkryli, że emisje submilimetrowe w większości przykładowych galaktyk są bardzo zwarte, a profile jasności powierzchni znacznie odbiegają od profili dysków wykładniczych. Sugeruje to, że emisja submilimetrowa zazwyczaj pochodzi ze struktur, które już przypominają sferoidę.
Dalsze dowody na ten sferoidalny kształt pochodzą ze szczegółowej analizy geometrii 3D galaktyk. Modelowanie oparte na rozkładzie współczynników osi skośno-wysokich pokazuje, że stosunek najkrótszej do najdłuższej z trzech osi wynosi średnio połowę i rośnie wraz ze zwartością przestrzenną. Wskazuje to, że większość tych galaktyk, w których powstaje wiele gwiazd, ma z natury charakter kulisty, a nie dyskowy.
Odkrycie to, poparte symulacjami numerycznymi, pokazało nam, że głównym mechanizmem powstawania tych trójwymiarowych galaktyk (sferoid) jest jednoczesne działanie akrecji zimnego gazu i interakcji galaktyk. Uważa się, że proces ten był dość powszechny we wczesnym Wszechświecie, w okresie formowania się większości sferoid. Może to na nowo zdefiniować sposób, w jaki rozumiemy powstawanie galaktyk.
Analiza struktury galaktyk sferoidalnych
Badania te były możliwe dzięki projektom archiwalnym A3COSMOS i A3GOODSS, które umożliwiły naukowcom zebranie dużej liczby zaobserwowanych galaktyk o wystarczająco wysokim stosunku sygnału do szumu na potrzeby szczegółowej analizy.
Przyszła eksploracja bogactwa obserwacji ALMA zgromadzonych przez lata, wraz z nowymi obserwacjami submilimetrowymi i milimetrowymi o wyższej rozdzielczości i czułości, pozwoli nam na systematyczne badanie zimnego gazu w galaktykach. Zapewni to bezprecedensowy wgląd w rozmieszczenie i kinematykę surowców napędzających powstawanie gwiazd.
Dzięki potężnym możliwościom Euclid, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) i Teleskop Chińskiej Stacji Kosmicznej (CSST) do mapowania gwiezdnych składników galaktyk, zyskamy pełniejszy obraz wczesnego powstawania galaktyk. Łącznie te spostrzeżenia pogłębią naszą wiedzę na temat ewolucji Wszechświata jako całości na przestrzeni czasu.
Więcej informacji na temat tego odkrycia można znaleźć w artykule Jak kosmiczne zderzenia stworzyły największe galaktyki we wszechświecie.
Odniesienie: „Formacja sferoidów in situ w odległych galaktykach o jasności submilimetrowej” autorstwa Qing-Hua Tan, Emanuele Daddi, Benjamin Magnelli, Camila A. Correa, Frédéric Bournaud, Sylvia Adscheid, Shao-Bo Zhang, David Elbaz, Carlos Gómez-Guijarro, Boris S. Kalita, Daizhong Liu, Zhaoxuan Liu, Jérôme Pety, Annagrazia Puglisi, Eva Schinnerer, John D. Silverman i Francesco Valentino, 4 grudnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08201-6
