Astronomowie obserwują formowanie się sferoidalnych galaktyk w odległych galaktykach jasnych w podmilimetrach

Zdjęcie: NASA / Handout Getty Images

Galaktyki we współczesnym Wszechświecie są różnorodne pod względem morfologii i można je w dużym uproszczeniu podzielić na dwie kategorie: młodsze, przypominające dyski galaktyki spiralne, jak nasza Droga Mleczna, które nadal tworzą nowe gwiazdy, oraz starsze, eliptyczne galaktyki, które mają centralny guz i już nie tworzą gwiazd, a ich gaz jest głównie nieobecny. Te sferoidalne galaktyki zawierają bardzostare gwiazdy, ale sposób ich powstawania pozostawał tajemnicą – aż do teraz.

Odkrycie miejsc narodzin gigantycznych, eliptycznych galaktyk – ogłoszone w artykule opublikowanym dzisiaj w Nature – pochodzi z analizy danych z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) z ponad 100 jasnych galaktyk podmilimetrowych (SMG), które datowane są na erę „cosmic noon”, kiedy Wszechświat miał od około 1,6 do 5,9 miliarda lat, a wielegalaktyk aktywnie tworzyło gwiazdy. To badanie dostarcza pierwszych solidnych dowodów obserwacyjnych, że sferoidy mogą powstawać bezpośrednio poprzez intensywną formację gwiazd w rdzeniach wysoce luminiscentnych galaktyk wybuchowych we wczesnym Wszechświecie, na podstawie nowej perspektywy w zakresie podmilimetrowym. To przełomowe odkrycie znacząco wpłynie na modele ewolucji galaktyk i pogłębi naszą wiedzę na temat tego, jak galaktyki powstają i ewoluują w całym Wszechświecie.

W badaniu,którego autorami są badacze z Chińskiej AkademiiNauk, w tym Qinghua Tan, badacz z Purple Mountain Observatory, oraz profesor John Silverman, badacz Boris Kalita i doktorant Zhaoxuan Liu z Kavli IPMU, zastosowano analizę statystyczną rozkładu jasności powierzchniowej emisji pyłu w paśmie submilimetrowym, połączoną z nową techniką analityczną. Stwierdzili, że emisja submilimetrowa w większości badanych galaktyk jest bardzo zwarta, a profile jasności powierzchniowej znacząco odbiegają od tych typowych dla dysków eksponencjalnych. Sugeruje to, że emisja submilimetrowa pochodzi zwykle ze struktur, które są już sferoidalnego kształtu. Dalsze dowody na ten sferoidalny kształt pochodzą z szczegółowej analizy 3D geometrii galaktyk. Modelowanie oparte na rozkładzie stosunku osi wysokiej asymetrii pokazuje, że stosunek najkrótszej do najdłuższej osi wynosi średnio połowę i rośnie wraz ze zwartością przestrzenną. Wskazuje to, że większośćtych intensywnie formujących gwiazdy galaktyk ma wewnętrzną kulistość, a nie kształt dysku. Podparte symulacjami numerycznymi, to odkrycie pokazało nam, że głównym mechanizmem powstawania tych trójwymiarowych galaktyk (sferoidów) jest jednoczesne działanie akrecji zimnego gazu i interakcji galaktyk. Proces ten miał być dość powszechny we wczesnym Wszechświecie, w okresie, kiedywiększość sferoidów powstawała. Może to na nowo zdefiniować, jak rozumiemy powstawanie galaktyk.

Badania te były możliwe dzięki projektom archiwalnym A3COSMOS i A3GOODSS, które umożliwiły badaczom zgromadzenie dużej liczby galaktykzaobserwowanych z wystarczająco wysokim stosunkiem sygnału do szumu, aby przeprowadzić szczegółową analizę. Przyszłe badania bogactwa obserwacji ALMA zgromadzonych na przestrzeni lat, wraz z nowymi obserwacjami submilimetrowymi i milimetrowymi o wyższej rozdzielczości i czułości, umożliwiąsystematyczne badanie zimnegogazu w galaktykach. To zaoferuje bezprecedensowy wgląd w rozkładi kinematykę surowych materiałów napędzających formację gwiazd. Dzięki potężnym możliwościom teleskopów Euclid, James Webb Space Telescope (JWST) i China Space Station Telescope (CSST) do mapowania gwiazdowych komponentów galaktyk, uzyskamy pełniejszy obraz powstawania galaktyk we wczesnym Wszechświecie. Te odkrycia razem pogłębią naszą wiedzę o tym, jak Wszechświat ewoluował na przestrzeni czasu.