Naukowcy odkryli pola magnetyczne głęboko w łączącej się galaktyce Arp 220, co sugeruje, że pola te mogą mieć kluczowe znaczenie dla efektywnego powstawania gwiazd, działając jak kosmiczna pokrywa, która zapobiega „wykipianiu się” materiałów gwiazdotwórczych.
Ten przełom, zaobserwowany za pomocą Submillimeter Array na Hawajach, może wyjaśnić, dlaczego niektóre galaktyki wytwarzają gwiazdy wydajniej niż inne.
Ujawniono tajemnice powstawania gwiazd
Astronomowie zidentyfikowali długo poszukiwany brakujący składnik w procesie powstawania gwiazd, podobny do roli, jaką odgrywa szybkowar w przygotowaniu doskonale ugotowanego na parze świątecznego budyniu.
Podobnie jak ciężarek na pokrywie szybkowaru utrzymuje ciśnienie, tworząc idealne środowisko do gotowania, tak pola magnetyczne mogą odgrywać kluczową rolę w łączeniu się galaktyk, przygotowując grunt pod powstawanie nowych gwiazd.
Chociaż teorię tę formułowano od lat, bezpośrednie dowody na istnienie takich pól magnetycznych pozostawały nieuchwytne – aż do teraz.
Przełomowe odkrycie w fuzji galaktyk
Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez dr Davida Clementsa z Imperial College odkrył pola magnetyczne w gęstym dysku gazu i pyłu rozciągającym się na kilkaset lat świetlnych w jądrze układu łączących się galaktyk Arp 220.
Mówią, że te regiony mogą być kluczem do stworzenia centrów oddziałujących galaktyk odpowiednich do gotowania dużych ilości wodoru w młodych gwiazdach. Dzieje się tak dlatego, że pola magnetyczne mogą być w stanie powstrzymać intensywne wybuchy gwiazdotwórcze w jądrach łączących się galaktyk przed skutecznym „kipieniem”, gdy ciepło jest zbyt wysokie.
Nowy artykuł ujawniający odkrycie został opublikowany 20 grudnia w Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
Pola magnetyczne: kosmiczny szybkowar
„Po raz pierwszy znaleźliśmy dowód na istnienie pól magnetycznych w rdzeniu fuzji” – powiedział dr Clements, „ale to odkrycie to dopiero punkt wyjścia. Potrzebujemy teraz lepszych modeli i zobaczenia, co dzieje się w przypadku łączenia się innych galaktyk.”
Wyjaśniając rolę pól magnetycznych w powstawaniu gwiazd, podał analogię kulinarną.
„Jeśli chcesz ugotować dużo gwiazdek (świątecznych puddingów) w krótkim czasie, musisz wycisnąć razem dużo gazu (lub składników). To właśnie widzimy w rdzeniu fuzji. Ale potem, gdy ciepło młodych gwiazd (lub kuchenki) nabierze tempa, wszystko może się wykipieć, a gaz (lub mieszanina budyniowa) ulegnie rozproszeniu” – powiedział dr Clements.
„Aby temu zapobiec, musisz dodać coś, co spaja to wszystko – pole magnetyczne w galaktyce lub pokrywkę i ciężar szybkowaru”.
Odkrywanie tajemnic efektywności powstawania gwiazd
Astronomowie od dawna poszukiwali magicznego składnika, który sprawia, że niektóre galaktyki tworzą gwiazdy wydajniej niż zwykle.
Jednym z problemów związanych z łączeniem się galaktyk jest to, że mogą one bardzo szybko tworzyć gwiazdy, co nazywa się wybuchem gwiazdowym. Oznacza to, że zachowują się inaczej niż inne galaktyki gwiazdotwórcze, jeśli chodzi o związek między tempem powstawania gwiazd a masą gwiazd w galaktyce – wydają się zamieniać gaz w gwiazdy wydajniej niż galaktyki, w których nie dochodzi do wybuchów gwiazd. Astronomowie są zaskoczeni, dlaczego tak się dzieje.
Jedną z możliwości jest to, że pola magnetyczne mogą działać jako dodatkowa „siła wiążąca”, która dłużej utrzymuje gaz tworzący gwiazdy w całości, przeciwstawiając się tendencji gazu do rozszerzania się i rozpraszania podczas ogrzewania przez młode, gorące gwiazdy lub przez supernowe masywne gwiazdy umierają.
Modele teoretyczne sugerowały to już wcześniej, ale nowe obserwacje jako pierwsze pokazały, że pola magnetyczne występują w przypadku co najmniej jednej galaktyki.
Przyszłe badania i postępy w teleskopach
Naukowcy wykorzystali matrycę submilimetrową (SMA) na Maunakea na Hawajach, aby zbadać wnętrze ultrajasnej galaktyki podczerwonej Arp 220.
SMA jest przeznaczony do wykonywania zdjęć światła o długości fali około milimetra – która leży na granicy długości fal podczerwonych i radiowych. Otwiera to okno na szeroką gamę zjawisk astronomicznych, w tym supermasywne czarne dziury oraz narodziny gwiazd i planet.
Arp 220 to jeden z najjaśniejszych obiektów na pozagalaktycznym niebie dalekiej podczerwieni i powstał w wyniku połączenia dwóch bogatych w gaz galaktyk spiralnych, co wywołało aktywność gwiazdotwórczą w obszarach jądrowych połączenia.
Pozagalaktyczne niebo dalekiej podczerwieni to kosmiczne promieniowanie tła składające się ze zintegrowanego światła pochodzącego z emisji pyłu z odległych galaktyk. Około połowa całego światła gwiazd pojawia się w zakresie fal dalekiej podczerwieni.
Następnym krokiem zespołu badawczego będzie wykorzystanie matrycy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – najpotężniejszy teleskop do obserwacji molekularnego gazu i pyłu w chłodnym wszechświecie – do poszukiwania pól magnetycznych w innych ultrajasnych galaktykach podczerwonych.
Dzieje się tak dlatego, że najjaśniejsza lokalna ultrajasna galaktyka podczerwona po Arp 220 jest czterokrotnie lub więcej słabsza.
Dzięki swoim wynikom i dalszym obserwacjom naukowcy mają nadzieję, że rola pól magnetycznych w niektórych z najjaśniejszych galaktyk we wszechświecie lokalnym stanie się znacznie jaśniejsza.
Odniesienie: „Spolaryzowana emisja pyłu w Arp220: pola magnetyczne w rdzeniu ultraświetlistej galaktyki w podczerwieni” autorstwa DL Clements, Qizhou Zhang, K Pattle, G Petitpas, Y Ding i J Cairns, 20 grudnia 2024 r., Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego: Listy.
DOI: 10.1093/mnrasl/slae107
