Dlaczego galaktyki przestają tworzyć gwiazdy? Ogromna kolizja w kosmosie dostarcza nowych wskazówek

Jak donosi w tym tygodniu zespół złożony z astronomów z Pitt, ta niezwykła cecha dostarcza nowego możliwego wyjaśnienia, dlaczego galaktyki przestają tworzyć gwiazdy.

„Jednym z największych pytań w astronomii jest to, dlaczego największe galaktyki są martwe”, powiedział David Setton, doktorant szóstego roku fizyki i astronomii w Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences. „To, co zobaczyliśmy, to fakt, że jeśli weźmiesz dwie galaktyki i rozbijesz je razem, może to rzeczywiście wyrwać gaz z samej galaktyki”.

W tej części kosmosu, którą zamieszkujemy, większość dużych galaktyk już dawno przestała tworzyć nowe gwiazdy. Dopiero niedawno astronomowie zaczęli patrzeć dalej – a więc i dalej w czasie – mając narzędzia pozwalające na znalezienie niedawno martwych galaktyk i ustalenie, jak do tego doszło.

Zimny gaz, z którego powstają gwiazdy, może uciekać z galaktyk na kilka sposobów, zdmuchiwany przez czarne dziury lub supernowe. Istnieje też jeszcze prostsza możliwość, że galaktyki po prostu cichną, gdy zużyją wszystkie surowce do tworzenia gwiazd.

Szukając przykładów galaktyk, które niedawno przestały formować gwiazdy, zespół badaczy wykorzystał Sloan Digital Sky Survey, który skatalogował miliony galaktyk za pomocą teleskopu w Apache Point Observatory w Nowym Meksyku. Wraz z obserwacjami z naziemnej sieci radioastronomicznej ALMA, badacze znaleźli właśnie taką nieaktywną gwiazdotwórczą galaktykę oddaloną o siedem miliardów lat świetlnych, która wciąż wykazywała oznaki dostępnego paliwa gwiazdotwórczego. „Więc wtedy potrzebowaliśmy wyjaśnienia”, powiedział Setton. „Jeśli ma gaz, to dlaczego nie tworzy gwiazd?”.

Drugie przejście za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a ujawniło wtedy charakterystyczny „ogon” gazu rozciągający się od galaktyki. Na podstawie tej cechy, niczym śledczy pracujący przez teleskop, badacze byli w stanie zrekonstruować kolizję galaktyk i ogromną siłę grawitacyjną, która rozerwała gwiazdy i wyrzuciła strumień gazu na odległość większą niż dwie Drogi Mleczne ułożone koniec do końca.

„To był dymiący pistolet”, powiedział Setton. „Wszyscy byliśmy pod wrażeniem. Nie widzisz od tak takiej ilości gazu tak daleko od galaktyki”.

Zespół, w tym Pitt Physics and Astronomy Associate, prof. Rachel Bezanson i absolwentka Margaret Verrico (A&S '21) wraz z kolegami z Texas A&M University i kilku innych instytucji, zgłosili 30 sieprnia swoje wyniki w Astrophysical Journal Letters.

Takie ekstremalne spotkanie galaktyk jest prawdopodobnie rzadkie, powiedział Setton, ale ponieważ grawitacja ściąga duże obiekty w gęste grupy, takie wydarzenie jest bardziej powszechne niż można by przypuszczać. „To są wszystkie duże puste przestrzenie w przestrzeni, ale wszystkie największe galaktyki żyją w przestrzeniach, w których żyją wszystkie inne duże galaktyki”, powiedział. „Spodziewasz się zobaczyć tego rodzaju duże kolizje raz na 10 miliardów lat dla tak masywnego systemu”.

Rolą Settona w projekcie było określenie rozmiaru i kształtu galaktyki i odkrył on, że poza ogonem, galaktyka po połączeniu wyglądała zaskakująco normalnie. Gdy ogon zniknie za kilkaset milionów lat, może wyglądać jak każda inna martwa galaktyka – co dodatkowo sugeruje, że proces ten może być bardziej powszechny niż się wydaje.

Oprócz dostarczania wskazówek, jak wszechświat stał się taki, jaki jest, Setton powiedział, że takie kolizje odzwierciedlają jedną z możliwości dla przyszłości naszej własnej galaktyki.

„Jeśli pójdziesz w ciemne miejsce i spojrzysz na nocne niebo, możesz zobaczyć Galaktykę Andromedy, która za pięć miliardów lat może zrobić dokładnie to samo z naszą Drogą Mleczną”, powiedział Setton. „To pomaga odpowiedzieć na fundamentalne pytanie, co stanie się z Drogą Mleczną w przyszłości”.