Studier af fjerne galakser udfordrer forståelsen af, hvordan stjerner dannes

De mest massive galakser i vores nabolag dannede deres stjerner for milliarder af år siden, tidligt i universets historie. På nuværende tidspunkt, de producerer meget få nye stjerner. Astronomer har længe troet, at det skyldes, at de indeholder meget lidt gas - en nøgleingrediens, der er nødvendig for at producere stjerner. Men vores nye undersøgelse, udgivet i Nature Astronomy, udfordrer nu denne langvarige opfattelse.

Ved at sondere de ekstreme miljøer af fjerne, massive galakser, vi kan ikke kun lære om deres udvikling og universets historie, men vigtigst af alt om de grundlæggende processer, der regulerer dannelsen af ​​stjerner. I betragtning af at stjerner producerer de fleste af de forskellige typer atomer i vores kroppe og verden omkring os, at forstå, hvordan de blev dannet, er afgørende, hvis vi skal vide, hvor vi kom fra.

Galakser findes i to hovedtyper:disc og elliptiske. Disk galakser, inklusive Mælkevejen, er flade og indeholder store gasreservoirer, som de bruger til konstant at danne stjerner. Elliptiske galakser er massive, runde og holdt op med at danne stjerner for længe siden. De fleste teorier antager, at elliptiske galakser på et tidspunkt mistede deres gasreservoirer, hvilket fik stjernedannelseshastigheden til at falde.

Fjernt lys

Vores team undersøgte, om der er andre måder, hvorpå fjern, elliptiske galakser kunne have mistet deres evne til at danne stjerner. Afstanden til galakser måles ved, hvor lyse dens stjerner er, i lysår (defineret som hvor lang tid det tager lyset at nå os på et år). Da det tager så lang tid for lyset fra disse fjerne galakser at nå os, vi kan regne ud, at de ser ud for os, som de var for 10 milliarder år siden.

Ideelt set ville vi ønske at direkte observere gassen i disse galakser, men dette er ekstremt udfordrende og vil kræve flere timers observationer pr. galakse – og vi er nødt til at se på tusindvis af galakser. I stedet, vi valgte at studere støv. Støv (koldt snarere end varmt) repræsenterer kun 1 % af det interstellare stof i en galakse, men den findes overalt, hvor kold gas er. En galakse, der indeholder meget støv, indeholder derfor også meget gas.

Vi brugte data fra Cosmological Evolution Survey (COSMOS), som dækker en stor del af himlen observeret af de fleste store teleskoper, på jorden og i rummet. Vi brugte billeder fra infrarød til radiobølgelængder af lys, som giver os mulighed for at måle både stjernedannelseshastigheden og den kolde støvmasse i galakser.

Da de galakser, vi er interesserede i, er så langt væk, det er umuligt at detektere hver galakse individuelt i de eksisterende infrarøde eller radiodata. I stedet, vi kombinerede lyset fra 1, 000 galakser og bestemte, hvor meget gas de i gennemsnit indeholder, og hvor hurtigt de danner stjerner.

Som resultat, vi gjorde en spændende opdagelse. På trods af lave stjernedannelsesrater, de elliptiske galakser indeholder overraskende store mængder gas:100 gange mere end forventet. Dette er overraskende på to måder. Det udfordrer vores standardsyn på elliptiske galakser som "kedelige" gasfattige objekter. Men det tvinger os også til at gentænke grundsynet på stjernedannelsesprocesser – vi har altid antaget, at tilstedeværelsen af ​​kold gas skal føre til stjernedannelse. Her, vi finder, at elliptiske galakser danner stjerner langt mindre effektivt end skivegalakser i samme epoke.

Så hvorfor er det? For ni år siden, Jeg forudsagde denne mulighed ud fra numeriske simuleringer, jeg havde kørt som ph.d. studerende. Jeg fandt, at i diskgalakser, stjernernes tyngdekraft hjælper gassen til at kollapse og danne nye stjerner. I modsætning, gassen i elliptiske galakser mærker et svagere træk fra stjernerne og falder ikke så let sammen. Det er fascinerende, at den globale morfologi af en galakse kan styre, hvad der sker i de mindste skalaer.

De næste trin i vores forskning vil bruge nye simuleringer og forhåbentlig direkte observationer af selve den kolde gas med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), et observatorium i Chile, at forbedre vores forståelse af det komplekse samspil mellem stjernedannelse og galaksemorfologi. Dette vil kaste lys over universelle processer, der i sidste ende sker i hver galakse, inklusive vores helt egen Mælkevej.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.