Οι περισσότεροι σημερινοί μεγάλοι γαλαξίες είναι σπειροειδείς, που παρουσιάζουν έναν δίσκο που περιβάλλει ένα κεντρικό εξόγκωμα. Διάσημα παραδείγματα είναι ο δικός μας Γαλαξίας ή ο Γαλαξίας της Ανδρομέδας. Πότε και πώς σχηματίστηκαν αυτοί οι σπειροειδείς γαλαξίες; Γιατί η μεγάλη πλειοψηφία τους παρουσιάζει μια τεράστια κεντρική διόγκωση;
Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων [1] παρουσιάζει νέες πειστικές απαντήσεις σε αυτά τα θεμελιώδη ερωτήματα. Για αυτό, βασίζονται σε ένα εκτεταμένο σύνολο δεδομένων παρατηρήσεων γαλαξιών που λαμβάνονται με διάφορα διαστημικά και επίγεια τηλεσκόπια. Συγκεκριμένα, χρησιμοποίησαν για μια περίοδο δύο ετών, διάφορα όργανα στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο της ESO.
Μεταξύ άλλων, οι παρατηρήσεις τους αποκαλύπτουν ότι περίπου τα μισά από τα σημερινά αστέρια σχηματίστηκαν την περίοδο μεταξύ 8.000 και 4.000 εκατομμυρίων ετών πριν, κυρίως σε επεισοδιακή έκρηξη έντονου σχηματισμού άστρων που συμβαίνει στους Φωτεινούς Υπέρυθρους Γαλαξίες.
Από αυτό και από άλλα στοιχεία, οι αστρονόμοι επινόησαν ένα καινοτόμο σενάριο, που ονομάστηκε «ανοικοδόμηση σπειρών». Ισχυρίζονται ότι οι περισσότεροι σημερινοί σπειροειδείς γαλαξίες είναι τα αποτελέσματα ενός ή περισσότερων γεγονότων συγχώνευσης. Εάν επιβεβαιωθεί, αυτό το νέο σενάριο θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο οι αστρονόμοι σκέφτονται ότι σχηματίστηκαν οι γαλαξίες.
Ένας στόλος οργάνων
Πώς και πότε σχηματίστηκαν οι γαλαξίες; Πώς και πότε σχηματίστηκαν τα αστέρια σε αυτά τα νησιωτικά σύμπαντα; Αυτά τα ερωτήματα εξακολουθούν να αποτελούν σημαντική πρόκληση για τους σημερινούς αστρονόμους.
Τα αποτελέσματα παρατήρησης πρώτης γραμμής που ελήφθησαν με ένα στόλο τηλεσκοπίων εδάφους και διαστημικής βάσης από μια διεθνή ομάδα αστρονόμων [1] παρέχουν νέες γνώσεις σε αυτά τα θεμελιώδη ζητήματα.
Για αυτό, ξεκίνησαν μια φιλόδοξη μακροπρόθεσμη μελέτη σε διάφορα μήκη κύματος 195 γαλαξιών με μετατόπιση προς το ερυθρό [2] μεγαλύτερη από 0,4, δηλαδή σε απόσταση μεγαλύτερη από 4000 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Αυτοί οι γαλαξίες μελετήθηκαν χρησιμοποιώντας το Very Large Telescope της ESO, καθώς και το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA/ESA, τον δορυφόρο ESA Infrared Space Observatory (ISO) και το NRAO Very Large Array.
Με το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο, πραγματοποιήθηκαν παρατηρήσεις στους Antu και Kueyen για μια περίοδο δύο ετών χρησιμοποιώντας τα σχεδόν δίδυμα όργανα FORS1 και FORS2 στο ορατό και ISAAC στο υπέρυθρο. Και στις δύο περιπτώσεις, ήταν απαραίτητο να βασιστείτε στις μοναδικές δυνατότητες του VLT για να αποκτήσετε φάσματα υψηλής ποιότητας με την απαιτούμενη ανάλυση.
Ένας στόλος αποτελεσμάτων
Από το εκτεταμένο σύνολο δεδομένων τους, οι αστρονόμοι μπορούσαν να βγάλουν μια σειρά από σημαντικά συμπεράσματα.
Πρώτον, με βάση τις εγγύς υπέρυθρες φωτεινότητες των γαλαξιών, συμπεραίνουν ότι οι περισσότεροι από τους γαλαξίες που μελέτησαν περιέχουν μεταξύ 30.000 και 300.000 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου με τη μορφή αστεριών. Αυτός είναι περίπου ένας παράγοντας 0,2 έως 2 της ποσότητας μάζας που είναι κλειδωμένη στα αστέρια στον δικό μας Γαλαξία.
Δεύτερον, ανακάλυψαν ότι σε αντίθεση με το τοπικό Σύμπαν όπου οι λεγόμενοι Φωτεινοί Υπέρυθροι Γαλαξίες (LIRGs, [3]) είναι πολύ σπάνια αντικείμενα, με μετατόπιση προς το κόκκινο από 0,4 σε 1, δηλαδή πριν από 4.000 έως 8.000 εκατομμύρια χρόνια, περίπου το ένα έκτο. των φωτεινών γαλαξιών ήταν οι LIRG.
Επειδή αυτή η περίεργη κατηγορία γαλαξιών πιστεύεται ότι διέρχεται μια πολύ ενεργή φάση σχηματισμού άστρων, με διπλασιασμό της αστρικής μάζας που συμβαίνει σε λιγότερο από 1.000 εκατομμύρια χρόνια, η ύπαρξη ενός τόσο μεγάλου κλάσματος αυτών των LIRG στο παρελθόν Σύμπαν έχει σημαντικές συνέπειες στον συνολικό ρυθμό σχηματισμού αστρικών ουσιών.
Όπως δηλώνει ο Fran?ois Hammer (Αστεροσκοπείο Παρισιού, Γαλλία), ο επικεφαλής της ομάδας: «Έτσι οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι κατά τη διάρκεια της χρονικής περιόδου από περίπου 8.000 εκατομμύρια έως 4.000 εκατομμύρια χρόνια πριν, οι γαλαξίες ενδιάμεσης μάζας μετέτρεψαν περίπου το ήμισυ των συνολική μάζα σε αστέρια. Επιπλέον, αυτός ο σχηματισμός άστρων πρέπει να έλαβε χώρα σε πολύ έντονες εκρήξεις όταν οι γαλαξίες εξέπεμπαν τεράστια ποσότητα υπέρυθρης ακτινοβολίας και εμφανίζονταν ως LIRG».
Ένα άλλο αποτέλεσμα θα μπορούσε να εξασφαλιστεί χρησιμοποιώντας τα φάσματα που ελήφθησαν με το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο: οι αστρονόμοι μέτρησαν την αφθονία των χημικών σε αρκετούς από τους παρατηρούμενους γαλαξίες (PR Φωτογραφία 02a/05). Διαπιστώνουν ότι οι γαλαξίες με μεγάλες μετατοπίσεις στο ερυθρό εμφανίζουν αφθονία οξυγόνου δύο φορές μικρότερη από τις σημερινές σπείρες. Καθώς είναι αστέρια που παράγουν οξυγόνο σε έναν γαλαξία, αυτό υποστηρίζει και πάλι το γεγονός ότι αυτοί οι γαλαξίες σχηματίζουν ενεργά αστέρια στην περίοδο μεταξύ 8.000 και 4.000 εκατομμυρίων ετών πριν.
Και επειδή πιστεύεται ότι οι συγκρούσεις και οι συγχωνεύσεις γαλαξιών παίζουν σημαντικό ρόλο στην ενεργοποίηση τέτοιων φάσεων ενισχυμένης δραστηριότητας σχηματισμού άστρων, αυτές οι παρατηρήσεις υποδεικνύουν ότι η συγχώνευση των γαλαξιών συνέβαινε συχνά πριν από λιγότερο από 8.000 εκατομμύρια χρόνια.
Ανακατασκευή Σπιράλ
Η ιστορία που αποκαλύπτεται από αυτές τις παρατηρήσεις συμφωνεί με το λεγόμενο σενάριο «ιεραρχικής συγχώνευσης γαλαξιών», που υπάρχει στη βιβλιογραφία εδώ και περίπου 20 χρόνια. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, οι μικροί γαλαξίες συγχωνεύονται για να δημιουργήσουν μεγαλύτερους. Όπως επισημαίνει ωστόσο ο Fran?ois Hammer: «Στο τρέχον σενάριο, συνήθως υποτίθεται ότι η συγχώνευση των γαλαξιών σχεδόν σταμάτησε πριν από 8.000 εκατομμύρια χρόνια. Το πλήρες σύνολο των παρατηρήσεών μας δείχνει ότι αυτό απέχει πολύ από το να ισχύει. Στα επόμενα 4.000 εκατομμύρια χρόνια, οι γαλαξίες εξακολουθούσαν να συγχωνεύονται για να σχηματίσουν τις μεγάλες σπείρες που παρατηρούμε στο τοπικό Σύμπαν».
Για να εξηγήσουν όλες αυτές τις ιδιότητες, οι αστρονόμοι επινόησαν έτσι ένα νέο σενάριο σχηματισμού γαλαξιών, που περιλαμβάνει τρεις μεγάλες φάσεις: ένα γεγονός συγχώνευσης, μια συμπαγής φάση γαλαξία και μια φάση «ανάπτυξης του δίσκου» (βλ. PR Φωτογραφία 02b/05).
Λόγω των μοναδικών πτυχών αυτού του σεναρίου, όπου οι μεγάλοι γαλαξίες διαταράσσονται πρώτα από μια μεγάλη σύγκρουση για να γεννηθούν ξανά αργότερα ως σημερινός σπειροειδής γαλαξίας, οι αστρονόμοι ονόμασαν μάλλον λογικά την εξελικτική τους ακολουθία, την «ανακατασκευή σπειροειδών γαλαξιών».
Αν και έρχονται σε αντίθεση με τις τυπικές απόψεις που υποστηρίζουν ότι οι συγχωνεύσεις γαλαξιών παράγουν ελλειπτικούς γαλαξίες αντί για σπειροειδείς, οι αστρονόμοι τονίζουν ότι το σενάριο τους είναι συνεπές με τα παρατηρούμενα κλάσματα των διαφορετικών τύπων γαλαξιών και μπορεί να εξηγήσει όλες τις παρατηρήσεις.
Το νέο σενάριο μπορεί πράγματι να ευθύνεται για το σχηματισμό περίπου των τριών τετάρτων των σημερινών σπειροειδών γαλαξιών, εκείνων με τεράστια κεντρική διόγκωση. Θα ίσχυε για παράδειγμα στον Γαλαξία της Ανδρομέδας αλλά όχι στον δικό μας Γαλαξία. Φαίνεται ότι ο Γαλαξίας μας γλίτωσε με κάποιο τρόπο από μεγάλες συγκρούσεις τα τελευταία χιλιάδες εκατομμύρια χρόνια.
Περαιτέρω παρατηρήσεις, ιδιαίτερα με το όργανο FLAMES στο VLT, θα δείξουν εάν οι σπειροειδείς γαλαξίες είναι πράγματι σχετικά πρόσφατα αναγεννημένα συστήματα που δημιουργήθηκαν από μεγάλα γεγονότα συγχώνευσης.
Περισσότερες πληροφορίες
Η έρευνα που παρουσιάζεται σε αυτό το Δελτίο Τύπου έχει δημοσιευθεί στο κορυφαίο αστρονομικό περιοδικό Astronomy and Astrophysics, τομ. 430(1). Η εργασία («Σχηματίστηκαν οι περισσότερες σημερινές σπείρες κατά τη διάρκεια των τελευταίων 8 Gyrs; – Ιστορικό σχηματισμού με βίαια επεισόδια που αποκαλύφθηκαν από παγχρωματικές παρατηρήσεις» από τους F. Hammer et al.) είναι διαθέσιμο σε μορφή PDF από τον ιστότοπο της A&A.
Σημειώσεις
[1]: Η ομάδα αποτελείται από τους Fran; Ois Hammer και Hector Flores (Observatoire de Paris, Meudon, Γαλλία), David Elbaz (CEA Saclay, Γαλλία), Xian-Zhong Zheng (Observatoire de Paris, Meudon, Γαλλία και Max- Planck Instiut f?R Astronomie, Γερμανία), Yan-Chun Liang (Observatoire de Paris, Meudon, Γαλλία και Εθνικά Αστρονομικά Αστεροσκοπεία, Κίνα) και Catherine Cesarsky (ESO, Garching, Γερμανία).
[2]: Στην αστρονομία, η μετατόπιση προς το κόκκινο υποδηλώνει το κλάσμα με το οποίο οι γραμμές στο φάσμα ενός αντικειμένου μετατοπίζονται προς μεγαλύτερα μήκη κύματος. Η παρατηρούμενη μετατόπιση προς το κόκκινο ενός απομακρυσμένου γαλαξία παρέχει μια εκτίμηση της απόστασής του. Οι αποστάσεις και οι ηλικίες που αναφέρονται στο παρόν κείμενο βασίζονται σε μια ηλικία του Σύμπαντος 13.700 εκατομμυρίων ετών.
[3]: Οι φωτεινοί υπέρυθροι γαλαξίες (LIRGs) είναι ένα υποσύνολο γαλαξιών των οποίων η υπέρυθρη φωτεινότητα είναι μεγαλύτερη από 100.000 εκατομμύρια φορές τη φωτεινότητα του Ήλιου μας. Ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά ως κατηγορία από τον δορυφόρο ISO της ESA και πιστεύεται ότι είναι γαλαξίες που υφίστανται ενισχυμένο αστρικό σχηματισμό.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
