Astronomowie odkryli, że największe gromady gwiazd rozwijają się najszybciej

Nowe badania pokazują, że najbardziej masywne gromady gwiazd znacznie szybciej pozbywają się otaczających je obłoków gazu i zaczynają wpływać na całe galaktyki. Odkrycie pomaga naukowcom lepiej zrozumieć proces formowania gwiazd oraz to, jak mogą powstawać planety.

Jak powstają gromady gwiazd w galaktykach

W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Angela Adamo ze Stockholm University, wykorzystując Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba oraz Kosmiczny Teleskop Hubble’a, przyjrzeli się tysiącom młodych gromad gwiazd w czterech pobliskich galaktykach, badając te skupiska na różnych etapach ich ewolucji. Odkryli, że bardziej masywne z nich szybciej wyłaniały się z obłoków, z których się formowały, usuwając gaz i wypełniając galaktykę promieniowaniem ultrafioletowym. Badania te pozwalają astronomom lepiej zrozumieć proces powstawania gwiazd w galaktykach, a także to, jak i gdzie mogą formować się planety. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature Astronomy”.

Astronomowie od dawna wiedzą, że zrozumienie, w jaki sposób powstają gromady gwiazd, może być niezwykle ważne dla odkrycia tajemnic ewolucji galaktyk. Gwiazdy tworzą się w gromadach, które powstają, gdy obłoki gazu zapadają się pod wpływem grawitacji. W miarę jak coraz więcej gwiazd się rodzi, ich silne wiatry, intensywne promieniowanie ultrafioletowe oraz wybuchy supernowych ostatecznie rozpraszają obłok, kończąc proces formowania się gwiazd, zanim cały gaz zostanie wykorzystany.

Gdy obłok gazu, w którym narodziła się gromada gwiazd, zniknie, może on oddziaływać również na inne regiony formowania się gwiazd w galaktyce. Proces ten nazywany jest „sprzężeniem zwrotnym gwiazd” („stellar feedback”) i oznacza, że większość gazu w galaktyce nigdy nie zostaje wykorzystana do tworzenia gwiazd. Zdaniem naukowców właśnie dlatego badanie rozwoju gromad gwiazd może dostarczyć odpowiedzi na pytania dotyczące formowania się gwiazd w skali całej galaktyki.

Badanie regionów formowania gwiazd

Badania najbliższych regionów formowania się gwiazd w Drodze Mlecznej oraz w galaktykach karłowatych, które ją orbitują, pozwalają astronomom analizować gromady gwiazd niezwykle szczegółowo. Położenie Ziemi w dysku naszej galaktyki sprawia jednak, że z naszej perspektywy widocznych jest jedynie kilka takich obszarów. Obserwując pobliskie galaktyki, naukowcy mogą natomiast badać tysiące regionów formowania się gwiazd i analizować całe ich populacje na różnych etapach ewolucji.

Teleskopy kosmiczne pozwoliły naukowcom zajrzeć za gazowe zasłony, za którymi ukryte były najmłodsze gromady gwiazd, i dowiedzieć się więcej o najwcześniejszych etapach ich rozwoju, jednak niektóre kwestie wciąż pozostają zagadką dla badaczy. Astronomowie nie wiedzieli jednak dokładnie, kiedy powstają gromady gwiazd ani co decyduje o tym, jak długo zajmuje im rozproszenie macierzystego obłoku gazu i rozpoczęcie emitowania promieniowania ultrafioletowego do galaktyki. Naukowcy, dzięki teleskopom Hubble’a i Webba, które dostarczają dokładnych obrazów tysięcy młodych gromad gwiazd, starają się rozwiązać zagadki dotyczące tych niezwykłych struktur.

Astronomowie przebadali tysiące młodych gromad gwiazd

W ramach nowego badania astronomowie przeanalizowali zdjęcia czterech pobliskich galaktyk – Messier 51, Messier 83, NGC 4449 oraz NGC 628 – pochodzące z programu obserwacyjnego FEAST (#1783), próbując zrozumieć powstawanie i ewolucję gromad gwiazd. Odkryli, że to najbardziej masywne z nich najszybciej usuwają swoją gazową osłonę i najwcześniej zaczynają oświetlać swoją galaktykę.

Badacze zidentyfikowali niemal 9 tysięcy gromad gwiazd w czterech galaktykach, znajdujących się na różnych etapach ewolucji: młode gromady dopiero zaczynające wyłaniać się z macierzystych obłoków gazu, gromady, które częściowo rozproszyły gaz, oraz całkowicie odsłonięte gromady widoczne w świetle optycznym. Dzięki zdolności Webba do zaglądania do wnętrza obłoków gazu naukowcy mogli oszacować masę i wiek każdej ze struktur na podstawie jej widma światła. Najbardziej masywne gromady całkowicie wyłoniły się i rozproszyły obłoki gazu po około pięciu milionach lat, podczas gdy te o mniejszej masie miały od siedmiu do ośmiu milionów lat, gdy wyłoniły się ze swoich obszarów formowania.

Wpływ na ewolucję galaktyk

„Wiedza o tym, które gromady gwiazd najszybciej rozpraszają swoje obłoki narodzin, poszerza naszą wiedzę o formowaniu się galaktyk. Symulacje formowania się gwiazd i sprzężenia zwrotnego gwiazd miały trudności z odtworzeniem tego, jak gromady gwiazd powstają i wyłaniają się ze swoich macierzystych obłoków. Wyniki te dostarczają nam ważnych nowych informacji dotyczących tego procesu” – wyjaśniła Angela Adamo ze Stockholm University.

Masywne gromady gwiazd, ze względu na dużą liczbę gorących gwiazd, naturalnie emitują większość promieniowania ultrafioletowego w galaktykach, ale – jak tłumaczą astronomowie – nowe wyniki potwierdzają również, że uzyskują one przewagę czasową w wytwarzaniu „sprzężenia zwrotnego gwiazd” w porównaniu z lżejszymi strukturami tego rodzaju. Wiedza o tym, gdzie i kiedy to „sprzężenie zwrotne” jest najsilniejsze w ciągu życia galaktyki, pozwala naukowcom lepiej przewidywać, jak paliwo do tworzenia gwiazd jest przemieszczane w galaktyce, a tym samym, jak prawdopodobnie będą formować się gwiazdy i gromady gwiazd.

Nowe odkrycie może zmienić rozumienie powstawania planet

Jak wskazują badacze, analizy te wpływają również na teorie dotyczące formowania się planet. Im szybciej gaz zostaje usunięty z wnętrza gromady, tym wcześniej dyski protoplanetarne wokół gwiazd są wystawione na działanie intensywnego promieniowania ultrafioletowego pochodzącego od innych gwiazd i tym mniej mają możliwości przyciągania dodatkowego gazu z mgławicy. Ogranicza to ich możliwości akumulacji pyłu i tworzenia planet.

Emil Gołoś