At kaste lys over hemmeligheder om galakserotation

Dikotomien vedrører det såkaldte vinkelmoment (pr. masseenhed), der i fysik er et mål for størrelse og rotationshastighed. Spiralgalakser viser sig at være stærkt roterende, med en vinkelmomentum højere med en faktor på omkring fem end elliptiske. Hvad er oprindelsen til en sådan forskel? Et internationalt forskerhold undersøgte spørgsmålet i en undersøgelse, der netop er offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift . Holdet blev ledet af SISSA Ph.D. studerende JingJing Shi under vejledning af prof. Andrea Lapi og Luigi Danese, og i samarbejde med Prof. Huiyuan Wang fra USTC (Hefei) og Dr. Claudia Mancuso fra IRA-INAF (Bologna). Forskerne udledte ud fra observationer mængden af ​​gas, der faldt ind i det centrale område af en galakse under udvikling, hvor det meste af stjernedannelsen finder sted.

Resultatet er, at i elliptiske galakser, kun omkring 40 procent af den tilgængelige gas faldt i den centrale region. Mere relevant, denne gasdrevne stjerneformation var karakteriseret ved et ret lavt vinkelmomentum. Dette er i skarp kontrast til de forhold, der findes i spiraler, hvor det meste af gassen, der ender i stjerner, har et betydeligt højere vinkelmomentum. Forskerne har sporet dikotomien i vinkelmomentet af spiral- og elliptiske galakser til deres forskellige dannelseshistorier. Elliptiske galakser danner de fleste af deres stjerner i et hurtigt sammenbrud, hvor vinkelmomentum spredes. Denne proces stoppes sandsynligvis tidligt af kraftige gasudstrømninger fra supernovaeksplosioner, stjernevinde og muligvis endda fra det centrale supermassive sorte hul. Til spiraler, på den anden side, gassen faldt langsomt, bevare sin vinkelmomentum, og stjerner dannede sig støt langs en tidsskala, der kan sammenlignes med universets alder.

"Indtil de seneste år, i paradigmet for galaksedannelse og -evolution, elliptiske galakser mentes at være dannet ved sammensmeltning af stjerneskiver i det fjerne univers. Langs denne linje, deres vinkelmomentum blev anset for at være resultatet af dissipative processer under sådanne sammensmeltende begivenheder, " skriver forskerne. For nylig dette paradigme var blevet udfordret af langt-infrarøde/sub-millimeter-observationer forårsaget af fremkomsten af ​​rumobservatorier som Herschel og jordbaserede interferometre som Atacama Large Millimeter Array (ALMA).

Disse observationer har evnen til at trænge gennem interstellart støv og dermed afsløre stjernedannelsesprocesserne i det meget fjerne, støvede galakser, der udgjorde stamfaderen til lokale elliptiske. "Nettoresultatet af disse observationer er, at stjernerne, der befolker nutidens elliptiske linjer, hovedsageligt dannes i et hurtigt dissipativt sammenbrud i de centrale områder af støvede stjernedannende galakser. Efter en kort tidsskala på mindre end 1 milliard år, stjernedannelsen er blevet slukket af kraftige gasudstrømninger." På trods af denne ændring af perspektiv, oprindelsen af ​​den lave vinkelmomentum observeret i lokale elliptiske linjer forblev uklar.

"Denne undersøgelse forener det lave vinkelmomentum, der observeres i nutidens elliptiske, med det nye paradigme, der opstår fra Herschel og ALMAs observationer af deres forfædre, " konkluderer forskerne. "Vi påviste, at elliptiske linjers lave vinkelmomentum hovedsageligt stammer fra naturen i de centrale områder under den tidlige galaksedannelsesproces, og ikke næret væsentligt af miljøet via sammensmeltende begivenheder, som forudset i tidligere teorier."