Astronomi var paredzēt, kad galaktikas zvaigžņu veidošanās beidzas, pamatojoties uz tās diska formu un izmēru
Galaktikas galvenais bizness ir zvaigžņu veidošanās. Un kad viņi ir jauni, tāpat kā jaunieši visur, viņi ir ar to aizņemti. Taču galaktikas noveco, attīstās un piedzīvo zvaigžņu veidošanās ātruma palēnināšanos. Galu galā galaktikas pārstāj veidot jaunas zvaigznes, un astronomi to sauc par dzēšanu. Viņi ir pētījuši dzēšanu gadu desmitiem, taču daudz kas par to joprojām ir noslēpums.
Jauns pētījums, kura pamatā ir IllustrisTNG simulācijas ir atradušas saikni starp galaktikas dzēšanu un tās zvaigžņu izmēru.
Apmēram pirms 10 miljardiem gadu Visums atradās vietā, ko kosmologi sauc par “kosmisko pusdienlaiku”. Tas bija tad, kad zvaigžņu veidošanās galaktikās sasniedza maksimumu. Kā un kāpēc galaktikas pārtrauc veidot zvaigznes kopš tā laika, ir bijis noslēpumains.
Jaunā rakstā ar nosaukumu ' MOSEL un IllustrisTNG: masīvas paplašinātas galaktikas pie z = 2 dzēšana vēlāk nekā parastā izmēra galaktikas ”, pētnieku komanda vēlējās izpētīt dzēšanu. Pētījuma vadošais autors ir Dr. Anshu Gupta no Austrālijas ARC izcilības centra visu debesu astrofizikas jomā 3 dimensijās (ASTRO 3D). Raksts tiks publicēts The Astrophysical Journal.
'Visuma dzīvē ir periods, ko sauc par 'kosmisko pusdienlaiku', kas notika apmēram pirms 10 miljardiem gadu,' sacīja Dr. Gupta. preses relīze . 'Tas bija tad, kad zvaigžņu veidošanās masīvās galaktikās bija kulminācija. Pēc tam lielākajā daļā šo galaktiku gāze kļuva karsta - daļēji to vidū esošo melno caurumu dēļ - un viņi pārstāja veidot zvaigznes.
Attēla kredīts: Gupta et al, 2021.
Kosmiskajā pusdienlaikā arī novēroja, ka galaktikas attīstīja tādas īpašības, kādas mēs redzam šodien: piemēram, regulāri rotējošs disks un izliekumi. Tas bija arī tad, kad sāka veidoties mirušo galaktiku populācija vai dzēstās galaktikas. Kaut kas notika.
Kosmiskais pusdienlaiks nebija tikai zvaigžņu veidošanās pīķa periods. Tas bija arī maksimālā melnā cauruma akrecijas periods. Melnajiem caurumiem galaktiku centrā kļūstot masīvākiem, tie pavilka galaktikas gāzi uz sevi, saspiežot un sildot gāzi. Bet zvaigznēm ir vajadzīga auksta gāze, lai tās veidotos; karstā gāze atsakās saplūst un sabrukt zvaigznē.
Bet šis saspiešanas un sildīšanas efekts nedominēja visās galaktikās. Pūstākai, mazāk blīvai galaktikai ar vairāk vietas starp zvaigznēm melnajiem caurumiem nebija tāda paša efekta. Viņi nevarēja sasniegt pietiekami daudz gāzes, lai apturētu zvaigžņu veidošanos.
'Tomēr galaktikās, kas ir patiešām, ļoti izstieptas, mēs atklājām, ka lietas tik ļoti nesakarst un melnajiem caurumiem nebija tik lielas ietekmes, tāpēc zvaigznes tika veidotas ilgāku laiku.'
Pētnieku komanda koncentrējās uz tā saukto galaktisko disku. Galaktiskais disks ir saplacināts apļveida apgabals, kas ieskauj kodolu, un tajā ir zvaigznes, gāze un putekļi. Ja šis disks ir izkliedēts, nevis kompakts, zvaigžņu veidošanās turpinās un dzēšana tiek aizkavēta.
'Tur, kur diskā esošās zvaigznes ir plaši izplatītas — to varētu saukt par 'pūtīgām', gāze paliek vēsāka, tāpēc gravitācijas ietekmē tā turpina saplūst un veidot jaunas zvaigznes,' sacīja Dr. Gupta. 'Galaktikās ar kompaktiem diskiem gāze uzsilst diezgan ātri un drīz ir pārāk enerģiska, lai sajauktos kopā, tāpēc zvaigžņu veidošanās beidzas tūlīt pēc kosmiskā pusdienlaika. Uzpūtīgi diski turpinās daudz ilgāk, teiksim, līdz pat kosmiskai pēcpusdienas tējai.
Šis pētījuma rādītājs palīdz izskaidrot rezultātus. Kreisajā pusē ir parastas masīvas galaktikas, labajā pusē ir paplašinātās jeb “pūstās” galaktikas TNG simulācijā. Kā norādīts augšējās joslās, parastās masīvās galaktikas to vidējais zvaigžņu izmērs nemainīja līdz aptuveni z ~ 2,5. Taču paplašināto masīvo galaktiku izmēri pastāvīgi palielinājās no z ~ 2 līdz 4. Attēla kredīts: Gupta et al, 2021.
Viņu pētījums atklāja, ka līdz z = 1 tikai 36% paplašināto masīvo galaktiku bija apdzisušas, bet 69% no normālāka izmēra masīvajām galaktikām bija apdzisušas. Ar z = 2 līdz 4 viņi atklāja, ka '...normāla izmēra masīvas galaktikas veido savu centrālo zvaigžņu masu, būtiski nepalielinot savu zvaigžņu izmēru.' Bet paplašinātām masīvām galaktikām to zvaigžņu masa gandrīz dubultojās.
Šis pētījums balstījās gan uz novērojumiem, gan simulācijām.
IllustrisTNG simulācijas bija vērienīgs darbs, kurā piedalījās galvenokārt vācu un amerikāņu zinātnieki. IllustrisTNG vietne vislabāk apraksta centienus: “Katra IllustrisTNG simulācija attīsta lielu fiktīvu Visumu no drīz pēc Lielā sprādziena līdz mūsdienām, vienlaikus ņemot vērā plašu fizisko procesu klāstu, kas veicina galaktiku veidošanos. Simulācijas var izmantot, lai izpētītu plašu tēmu loku par to, kā Visums un tajā esošās galaktikas laika gaitā attīstījās.
Tātad, ko šie rezultāti nozīmē? 'Rezultāti nozīmē, ka pirmo reizi esam spējuši noteikt saistību starp diska izmēru un zvaigznīšu veidošanu. Tātad tagad astronomi varēs aplūkot jebkuru Visuma galaktiku un precīzi paredzēt, kad tā pārtrauks radīt zvaigznes – tūlīt pēc pusdienām vai vēlāk kosmiskajā pēcpusdienā.
Piena ceļš ir cilvēces mājvieta. Kur šajā visā iekļaujas mūsu galaktika? Kā izrādās, Piena ceļš ir vēlu ziedētājs. Tas bija šeit kosmiskā pusdienlaikā, taču tas joprojām bija ļoti mazs un neapšaubāmi nemasīvs. Tajā brīdī tai bija tikai viena desmitā daļa no zvaigžņu masas, kāda tai ir tagad. Laika gaitā tas ir kļuvis masīvāks, pateicoties apvienošanai . Tagad tā ir milzīga galaktika, taču tā joprojām rada zvaigznes.
Stāv blakus Piena Ceļam. Kredīts: P. Horálek/ESO
Tātad, kur mēs tagad atrodamies kosmiskās galaktikas dienas taimerī? 'Kosmiskais pusdienlaiks bija ļoti sen,' sacīja Dr Gupta. 'Es teiktu, ka šobrīd Visums ir sasniedzis kosmisko vakaru. Vēl nav nakts, bet lietas noteikti ir palēninājušās.
Šī pētījuma komanda integrēja IllustrisTNG simulācijas ar novērojumiem no Multi-Object Spectroscopic Emission Line (MOSEL) apsekojuma. MOSEL paļāvās uz Habla kosmosa teleskopu un W.M. Kekas observatorija. Komandas sastāvā bija zinātnieki no Apvienotās Karalistes, Vācijas, Meksikas, ASV un Austrālijas.