Naukowcy lepiej zrozumieli, jak ogromne galaktyki formowały się w początkach Wszechświata
Astronomowie dowiedzieli się więcej o tym, jak mogły powstać ogromne galaktyki, które są obserwowane zaledwie 1,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.
Istnienie ogromnych galaktyk eliptycznych we wczesnym Wszechświecie od lat zastanawia naukowców. W ramach nowego badania, astronomowie pod kierownictwem Nikolausa Sulzenauera i Axela Weiẞa z Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) przeanalizowali dane z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), aby rozwikłać tajemnicę, jak te obiekty stał się tak masywne niedługo po Wielkim Wybuchu. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Astrophysical Journal”.
Astronomowie od dwóch dekad obserwują masywne i rozwinięte galaktyki, które istniały już zaledwie kilka miliardów lat po Wielkim Wybuchu. Badacze pierwotnie zakładali, że tak wcześnie w historii Wszechświata mogły istnieć jedynie tego typu obiekty wypełnione młodymi gwiazdami i wciąż trwającym procesem formowania się nowych. Jednak odkryto wiele galaktyk eliptycznych ze starszymi populacjami gwiazd oraz bardzo niewielką ilością zimnego gazu, który jest potrzebny do tworzenia nowych. Obserwacje te nie były w pełni zgodne z modelami kosmologicznymi formowania się struktur.
„We Wszechświecie, w którym większe galaktyki rosną stopniowo poprzez oddziaływania grawitacyjne i łączenie się mniejszych elementów składowych, niektóre gigantyczne galaktyki eliptyczne musiały powstać w zupełnie inny sposób, niż dotąd sądzono. Zamiast powoli gromadzić masę przez 14 miliardów lat, masywne struktury mogły jednak uformować się bardzo szybko – w ciągu zaledwie kilkuset milionów lat. Ogromne galaktyki mogły powstać w wyniku zapadania się i łączenia ogromnej pierwotnej struktury, z której składał się Wszechświat, w czasie potrzebnym Słońcu na jedno okrążenie centrum Drogi Mlecznej” – mówi Nikolaus Sulzenauer z Max Planck Institute for Radio Astronomy.
„Zapewne struktury o najwyższych gęstościach musiały jako pierwsze oddzielić się od ekspansji Wszechświata, gdy ten miał zaledwie 10 proc. swojego obecnego wieku, a następnie szybko utworzyć całe protogromady. Kompresja gazu była niezwykle jasna, ponieważ materiał był silnie ogrzewany przez intensywne procesy narodzin gwiazd. Stanowiło to latarnię w zakresie dalekiej podczerwieni i fal milimetrowych, dzięki czemu obserwatoria jak ALMA i Atacama Pathfinder Experiment mogły to uchwycić” – dodaje.
Astronomowie zaobserwowali zimny gaz i pył w centrum SPT2349-56, protogromady formującej się zaledwie 1,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu i znajdującej się w gwiazdozbiorze Feniksa. Struktura ta pozwoliła lepiej poznać pierwsze gromady, główne miejsca powstawania masywnych galaktyk eliptycznych.
„W centrum SPT2349-56 znaleźliśmy cztery ściśle oddziałujące ze sobą galaktyki, tworzące jedną gwiazdę co 40 minut. Dla porównania, obecnie w Drodze Mlecznej powstają trzy lub cztery gwiazdy w ciągu całego roku” – zaznacza Ryley Hill z University of British Columbia (UBC).
„Co ważne ten kwartet galaktyk wyrzucał spójne, gigantyczne ramiona pływowe z prędkością 300 kilometrów na sekundę, rozciągające się na obszar znacznie większy niż Droga Mleczna. Świeciły one intensywnie w zakresie fal submilimetrowych, a ich jasność była dziesięciokrotnie zwiększona przez fale uderzeniowe wzbudzające zjonizowane atomy węgla. Ta jasna emisja pozwoliła nam precyzyjnie zmierzyć ruch gazu w tej grawitacyjnie wyrzuconej spirali, przypominającej koraliki na sznurku otaczającym rdzeń protogromady. Ku naszemu zaskoczeniu, skupiska szczątków pływowych łączyły się z łańcuchem 20 dodatkowych zderzających się galaktyk w zewnętrznych częściach zapadającej się struktury. Sugeruje to ich wspólne pochodzenie. Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy początek kaskadowej transformacji poprzez łączenie się galaktyk. Większość z 40 bogatych w gaz galaktyk w tym centrum protogromady zostanie zniszczona i ostatecznie przekształci się w gigantyczną galaktykę eliptyczną w czasie krótszym niż 300 milionów lat – to zaledwie kosmiczne mgnienie oka” – twierdzi Nikolaus Sulzenauer.
„Chociaż nasze wyniki dostarczają ekscytujących nowych wglądów w szybkie formowanie się galaktyk eliptycznych w początkach Wszechświata, różnorodne interakcje między falami uderzeniowymi z połączeń galaktyk, ogrzewaniem gazu wynikającym ze wzrostu supermasywnych czarnych dziur oraz ich wpływem na formowanie się gwiazd pozostają zagadką. Być może jest jeszcze zbyt wcześnie, aby twierdzić, że w pełni rozumiemy, to jak formowały się ogromne galaktyki tuż po Wielkim Wybuchu, ale powoli odkrywamy to jak ewoluował Wszechświat” – podsumowuje Scott Chapman z Dalhousie University.
Emil Gołoś
