Dlaczego galaktyki przestają tworzyć nowe gwiazdy?

Astronomowie z Sloan Digital Sky Survey (SDSS) przedstawiają zaskakującą nową odpowiedź na to ważne pytanie: informacje zwrotne od supermasywnych czarnych dziur wyjaśniają blokowanie tworzenia gwiazd, nawet w najmniejszych galaktykach.

Wyniki przedstawione na czwartkowym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego (AAS) w National Harbor w stanie Maryland, a wkrótce opublikowane w miesięczniku Royal Astronomical Society, stanowią duży krok naprzód w zrozumieniu tego, w jaki sposób galaktyki karłowate – jedne z najmniejszych we Wszechświecie – zapobiegają tworzeniu się gwiazd.

„Galaktyki karłowate przewyższają swoją liczebnością galaktyki, takie jak na przykład Droga Mleczna, w stosunku pięćdziesiąt do jednego. Jeżeli chcemy więc opowiedzieć całą historię galaktyk, musimy zrozumieć, jak działają galaktyki karłowate” – mówi Samantha Penny z Instytut Kosmologii i Grawitacji Uniwersytetu Portsmouth oraz główny autor badania.

W każdej galaktyce gwiazdy powstają, gdy obłoki gazu zapadają się pod wpływem siły grawitacji. Jednak nie dzieje się to wiecznie – w pewnym momencie formacja gwiazd w galaktyce zostaje zakończona. Powody tego mogą być różne w różnych galaktykach. Czasami galaktyka po prostu wyczerpuje się z gazu, zużywając swoje paliwo do wytwarzania gwiazd. Czasami gaz nagrzewa się tak bardzo, że wzbudzony zapada się w nowe gwiazdy. Czasami gaz jest wyciągany z galaktyki poprzez oddziaływanie grawitacyjne z pobliską galaktyką.

Czasami sprawcą jest czarna dziura. Większość galaktyk posiada supermasywną czarną dziurę w swoim centrum, a zrozumienie połączeń między nią a resztą galaktyki było od lat ważnym obszarem badań astronomów. Osiemnaście miesięcy temu astronomowie SDSS odkryli nowy sposób, w jaki galaktyczne czarne dziury mogą wyłączać tworzenie się gwiazd, który nazwali "czerwonym gejzerem”.

To odkrycie stało się możliwe dzięki przeglądowi SDSS Mapping Nearby Galaxies (MaNGA) w Apache Point Observatory. Podczas, gdy większość poprzednich przeglądów postrzegało każdą galaktykę jako pojedynczy byt, MaNGA tworzy szczegółowe mapy siedemnastu galaktyk jednocześnie, oglądając szczegółowo każdą galaktykę od jej centrum aż po brzegi. Taka strategia obserwacji umożliwia odkrycia, które łączą centralną czarną dziurę z resztą galaktyki.

Czerwony gejzer powstaje w wyniku opadania gazu do galaktycznej centralnej czarnej dziury. Gdy gaz opada, nagrzewa się do milionów stopni i jasno świeci. Gaz napędza również potężne wiatry, rozdmuchiwane wewnątrz reszty galaktyki z prędkością 1600 km/s. Kevin Bundy, główny badacz MaNGA z University of California Santa Cruz, wyjaśnia pochodzenie tego terminu: „nazwaliśmy te właściwości ‘czerwonymi gejzerami’, ponieważ sporadyczne wybuchy wiatru przypominają nam gejzer i dlatego, że koniec formowania się gwiazd pozostawił galaktykę tylko z czerwonymi gwiazdami”.

„Kiedy po raz pierwszy odkryliśmy czerwone gejzery, myśleliśmy, że można je znaleźć jedynie w większych galaktykach. Już wcześniej widzieliśmy aktywne czarne dziury w galaktykach karłowatych, ale nigdy nie byliśmy w stanie zobaczyć ich w akcji. Dzięki MaNGA możemy teraz zobaczyć ich efekty w całej galaktyce. I możemy to zrobić dla bardzo wielu galaktyk jednocześnie” – mówi Penny.

W ciągu prawie trzech lat działalności MaNGA widział galaktyki wszelkiego rodzaju, od karłowatych po olbrzymie, w tym ponad 300 galaktyk karłowatych. Ku wielkiemu zaskoczeniu, Penny i jej zespół znaleźli czerwone gejzery w około dziesięciu procentach galaktyk karłowatych.

Jak wyjaśnia Karen Masters, członek zespołu University of Portsmouth i Haverford College – odkrycie to pokazuje, że nawet pojedyncze galaktyki karłowate mogą przestać tworzyć gwiazdy, jeżeli zawierają aktywną supermasywną czarną dziurę.

Odkrycie to nie byłoby możliwe bez danych z przeglądu MaNGA, zarówno dzięki jego niewiarygodnym szczegółom jak i zdolności widzenia tak wielu galaktyk w tak krótkim czasie. Projekt MaNGA zaobserwował już więcej galaktyk karłowatych, niż jakikolwiek inny wcześniejszy przegląd z takim samym poziomem szczegółowości, i będzie kontynuowany przez następne dwa lata. Przegląd może ujawnić wiele więcej niespodzianek dotyczących naszego Wszechświata. 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Winds of change: Supermassive black holes can overpower even the smallest galaxies

Źródło: SDSS

Na zdjęciu: Jedna z galaktyk karłowatych, w której zespół SDSS znalazł czerwony gejzer. Jego czerwony kolor pokazuje, że nowe gwiazdy już nie są tworzone. Źródło: Samantha Penny (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth) i współpraca SDSS.