Ung, tynd og hyperaktiv - sådan ser afsidesliggende galakser ud

Jo mere massiv, eller fuld af stjerner, en galakse er, jo hurtigere dannes stjernerne i den. Dette ser ud til at være den generelle regel, hvilket er modsagt, imidlertid, ved nogle unormale tilfælde, for eksempel tynde (ikke massive) galakser, der er hyperaktive i deres stjernedannelse. Indtil nu var fænomenet blevet forklaret af katastrofale ydre begivenheder som galakser, der kolliderer og smelter sammen, men en ny teori tilbyder en alternativ forklaring, relateret til en in situ (intern) proces af galakseudvikling. Den nye teori gengiver korrekt adfærden hos både normale og unormale (eller afvigende) galakser, og kan blive yderligere testet af nye observationer. En undersøgelse udført af International School for Advanced Studies (SISSA) i Trieste, allerede lagt ud på astro.ph-arkivet, er snart offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift .

Hvis vi sætter de galakser, som vi har de relevante data for, i en graf, der relaterer massen af ​​stjerner i hver galakse med stjernedannelseshastigheden for den galakse, de fleste af dem ville fremstå som en kompakt sky, som kunne beskrives ved at bruge en simpel funktion. Denne graf er kendt som Galaxy Main Sequence (GMS), en grundlæggende observationsrelation for videnskabsmænd, der studerer galakser. Billedet, der tegner sig, er enkelt:Jo mere massiv galaksen er, jo hurtigere plejer dens stjernedannelsesproces at være.

Men ligetil som det ser ud, der er et problem. Der er nogle undtagelser (unormale eller afvigende tilfælde), som ikke ser ud til at følge reglen. Visse galakser, faktisk, mens de ikke indeholder mange stjerner, har de meget intense stjernedannelseshastigheder. Den mest akkrediterede hypotese til at forklare disse unormale tilfælde påberåber sig kollision og sammensmeltning mellem to galakser:disse outliers ville derfor ikke være andet end galakser fanget under deres kollision, et fænomen, der ville føre til en pludselig, selvom det er forbigående, stigning i deres stjernedannelseshastighed.

Claudia Mancuso, SISSA-forsker og førsteforfatter til undersøgelsen sammen med SISSA-professorerne Andrea Lapi og Luigi Danese, foreslog en fascinerende alternativ forklaring:"Ifølge den tilgang, vi udviklede hos SISSA og udgav for kun et par måneder siden, kollision og sammensmeltning, mens det er muligt, er ikke så relevante, at de er i stand til at redegøre for dannelsen og udviklingen af ​​galakser, inklusive afvigelser observeret i GMS, " siger videnskabsmanden. "Vores tilgang tilbyder en in situ forklaring baseret udelukkende på processer internt i den udviklende galakse."

Det centrale sorte huls rolle

I særdeleshed, forklaringen givet af Mancuso og kolleger er baseret på den tætte sammenhæng, der eksisterer mellem stjernedannelse og væksten af ​​det centrale sorte hul inde i massive galakser. "Disse to begivenheder er samtidige og indbyrdes relaterede. Da galaksen danner stjerner og øger sin masse på en konstant og væsentlig måde, dets sorte hul vokser også, og gør det endnu hurtigere, " forklarer Mancuso. "På et vist tidspunkt bliver det sorte hul så stort, at det udvikler en 'energisk vind', som fejer gas og støv væk fra det omgivende miljø. Da disse er materialer, der går til at danne nye stjerner, stjernedannelsesprocessen stopper brat."

Baseret på dette scenarie, Mancuso og kolleger formulerede en forudsigelse om GMS og demonstrerede, at deres resultater er i fremragende overensstemmelse med den observerede gennemsnitlige relation, samtidig med at det giver en ny fortolkning af afvigere. "De er simpelthen meget unge galakser, " forklarer Mancuso. "En galakse i sine meget tidlige stadier af livet, fuld af støv og gas, har en meget høj stjernedannelseshastighed, men samtidig indeholder den stadig meget få stjerner, fordi den ikke har haft tid til at danne dem endnu, det er alt." En enkel og elegant forklaring, der ikke kræver nogen ekstern indgriben. Som evolutionen skrider frem, videnskabsmanden fortsætter, galakserne bevæger sig tættere og tættere på middelværdien af ​​GMS, hvor de vil tilbringe det meste af deres liv, før de bliver "slukket" af det sorte huls energiske vind. "Det er derfor, dataskyen er så tæt i den del af diagrammet, " tilføjer hun.

"Klart, syretesten kommer fra observationerne, " slutter Mancuso. "Vi tjekkede alderen, estimeret ved observation, af nogle afvigere i GMS, og de er faktisk altid meget unge galakser." Mere end det, yderligere validering kan komme meget snart:"Teorien indebærer faktisk, at afvigende galakser, som er unge og har meget høje stjernedannelsesrater, er stadig rige på gas, og dette vil give os mulighed for at studere dem i dybden ved at bruge ALMA-interferometeret."