Forskere observerer gasgentilvækst i døende galakser for første gang

En ny undersøgelse fra forskere, der bruger Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) tyder på, at tidligere fortrængte gasser kan gen-akkretere på galakser, potentielt bremse processen med galaksedød forårsaget af ramprestripping, og skabe unikke strukturer, der er mere modstandsdygtige over for dets virkninger.

"Meget af det tidligere arbejde med rampresstrippede galakser er fokuseret på det materiale, der bliver strippet ud af galakser. I dette nye arbejde ser vi noget gas, der i stedet for at blive smidt ud af galaksen for aldrig at vende tilbage, i stedet bevæger sig som en boomerang, blive slynget ud, men så cirkuleret rundt og faldet tilbage til kilden, " sagde William Cramer, en astronom ved Arizona State University og hovedforfatter på det nye studie. "Ved at kombinere Hubble- og ALMA-data i meget høj opløsning, vi er i stand til at bevise, at denne proces sker."

Ramprestripping refererer til den proces, der fortrænger gas fra galakser, efterlader dem uden det nødvendige materiale til at danne nye stjerner. Når galakser bevæger sig gennem deres galaksehobe, varm gas kendt som intra-cluster-mediet - eller, mellemrummet - virker som en kraftig vind, skubber gasser ud af de omrejsende galakser. Over tid, dette fører til sult og "død" af engang aktive stjernedannende galakser. Fordi ramprestripning kan fremskynde galaksernes normale livscyklus og ændre mængden af ​​molekylær gas i dem, det er af særlig interesse for videnskabsmænd, der studerer livet, modning, og galaksers død.

"Vi har set i simuleringer, at ikke al den gas, der bliver skubbet af ramprestripping, undslipper galaksen, fordi den skal nå flugthastigheden for rent faktisk at undslippe og ikke falde tilbage. Den gentilvækst, vi ser, vi tror er fra skyer af gas, der blev skubbet ud af galaksen ved ramprestripning, og opnåede ikke flugthastighed, så de falder tilbage, " sagde Jeff Kenney, en astronom ved Yale University, og medforfatteren på undersøgelsen. "Hvis du forsøger at forudsige, hvor hurtigt en galakse vil holde op med at danne stjerner over tid og forvandle sig til en rød, eller død galakse, så vil du forstå, hvor effektivt ramtryk er til at fjerne gassen. Hvis du ikke ved, at gas kan falde tilbage på galaksen og fortsætte med at genbruge og danne nye stjerner, du kommer til at overforudsige stjernernes slukning. At have bevis for denne proces betyder mere præcise tidslinjer for galaksers livscyklus."

Den nye undersøgelse fokuserer på NGC 4921 - en spiralgalakse med sprosser og den største spiralgalakse i Coma-klyngen - beliggende omkring 320 millioner lysår fra Jorden i stjernebilledet Coma Berenices. NGC 4921 er af særlig interesse for forskere, der studerer virkningerne af ramprestripning, fordi beviser for både processen og dens eftervirkninger er rigelige.

"Ramtryk udløser stjernedannelse på den side, hvor det har den største indvirkning på galaksen, " sagde Cramer. "Det er let at identificere i NGC 4921, fordi der er mange unge blå stjerner på den side af galaksen, hvor det forekommer."

Kenney tilføjede, at ramprestripning i NGC 4921 har skabt en stærk, synlig linje mellem, hvor der stadig findes støv i galaksen, og hvor det ikke findes. "Der er en stærk støvlinje til stede, og derudover, der er næsten ingen gas i galaksen. Vi tror, ​​at den del af galaksen er blevet næsten fuldstændig renset ud af rampres."

Ved at bruge ALMAs Band 6-modtager, forskere var i stand til at opløse kulilte, nøglen til at "se" begge disse områder af galaksen uden gas, såvel som de områder, hvor det er ved at samle sig igen. "Vi ved, at størstedelen af ​​molekylær gas i galakser er i form af brint, men molekylært brint er meget vanskeligt at observere direkte, " sagde Cramer. "Carbonmonoxid bruges almindeligvis som en proxy til at studere molekylær gas i galakser, fordi det er meget nemmere at observere."

Evnen til at se mere af galaksen, selv når det er svageste, afsløret interessante strukturer, der sandsynligvis er skabt i processen med gasfortrængning, og yderligere immun over for dets virkninger. "Ramtryk ser ud til at danne unikke strukturer eller filamenter i galakser, der er spor for, hvordan en galakse udvikler sig under en rampresvind. I tilfældet med NGC 4921, de har en slående lighed med den berømte tåge, skabelsens søjler, selvom det er i meget mere massiv skala, " sagde Cramer. "Vi tror, ​​at de er understøttet af magnetiske felter, som forhindrer dem i at blive fjernet med resten af ​​gassen."

Observationer afslørede, at strukturerne er mere end blot gas og støv; filamenterne har masse og meget af det. "Disse filamenter er tungere og mere klæbrig - de holder mere fast på deres materiale end resten af ​​galaksens interstellare medium kan gøre - og de ser ud til at være forbundet med den store støvryg både i rummet og i hastigheden, " sagde Kenney. "De er mere som melasse end røg. Hvis du bare blæser på noget, der er røg, røgen er let, og det spredes og går i alle retninger. Men det her er meget tungere end som så."

Selvom det er et markant gennembrud, resultaterne af undersøgelsen er kun et udgangspunkt for Cramer og Kenney, som undersøgte en lille del af kun en galakse. "Hvis vi vil forudsige dødsraten for galakser, og fødselsraten for nye stjerner, vi skal forstå, om og hvor meget af det materiale, der danner stjerner, oprindeligt tabt på grund af rampres, er faktisk genbrugt tilbage, " sagde Cramer. "Disse observationer er kun af én kvadrant af NGC 4921. Der er sandsynligvis endnu mere gas, der falder tilbage i andre kvadranter. Mens vi har bekræftet, at noget strippet gas kan 'regne' ned igen, vi har brug for flere observationer for at kvantificere, hvor meget gas der falder tilbage, og hvor mange nye stjerner der dannes som et resultat."

"En fascinerende undersøgelse, demonstrerer ALMAs kraft og fordelen ved at kombinere dens observationer med observationer fra et teleskop ved andre bølgelængder, " tilføjede Joseph Pesce, NRAO/ALMA programmedarbejder ved NSF. "Ram-trykstripning er et vigtigt fænomen for galakser i klynger, og at forstå processen bedre giver os mulighed for at forstå galakseudviklingen – og naturen – bedre.

Resultaterne af undersøgelsen vil blive offentliggjort i en kommende udgave af The Astrofysisk tidsskrift .