Astronomer undersøger enestående mysterium om, hvordan galakser stopper med at bygge stjerner

Galakser som vores egen Mælkevej er fabrikker, der bruger tyngdekraften til at skabe nye stjerner ud af molekylær brintgas.

"Mælkevejen forvandler gas til stjerner med et gennemsnit af solens masse hvert år, " sagde Gregory Rudnick, professor i fysik og astronomi ved University of Kansas. "Galaksen er fyldt med gas, og vi får konstant ny gas uden for galaksen. Denne gas falder ind i galaksen under tyngdekraften, bliver formet til stjerner - og noget af gassen bliver blæst tilbage ud af galaksen."

Men nogle galakser har stoppet denne proces med stjernedannelse, og astronomer har været hårdt pressede for at forklare hvorfor.

"Vi ser masser af galakser, der ikke danner stjerner, " sagde Rudnick. "Uanset hvilken grund, de har ikke meget gas i sig, så de kan ikke lave nye stjerner. Det store spørgsmål er hvorfor. Hvorfor lukker nogle galakser af? Når de lukker af, de står tilbage med de stjerner, de allerede har, men de laver ikke nye."

En nøgle til at løse dette puslespil kan være en mærkelig ny klasse af galakser omkring 6 milliarder lysår fra Jorden, som er i gang med voldsomt at uddrive deres egen gas. Nu, Rudnick er gået sammen med forskere fra hele USA under en ny bevilling fra National Science Foundation for at studere disse galakser som et middel til at finde ud af, hvorfor nogle galakser ikke længere har den nødvendige gas til at danne nye stjerner.

En del af processen er at sætte spørgsmålstegn ved nyere konventionelle ideer om ophør af stjernedannelse.

"En af de måder, folk har fundet på at lukke for stjernedannelse i en galakse, er ved eksplosivt at fjerne gassen gennem en aktiv galaktisk kerne, " sagde Rudnick. "Hver galakse, inklusive vores egne, har et supermassivt sort hul i midten. Når gas falder ned i det sorte hul, lige før det rammer det sorte hul, det bliver super varmt, og den energi, den afgiver, kan faktisk blæse resten af ​​gassen ud fra galaksen. Folk kan lide denne idé, fordi det er en mekanisme, der er energisk nok til at udføre arbejdet med at uddrive al gas fra galaksen."

Imidlertid, i 2007 opdagede et hold astronomer et sæt "selvslukkende" galakser, der har lukket for stjernedannelse ved en anden mekanisme. Rudnick sluttede sig efterfølgende til dette hold, som har ledet en flerårig undersøgelse af disse objekter.

"Vores forskning har fundet denne slags galakse, der har gas, der blæses ud af sig med tusindvis af kilometer i sekundet - det er over 3, 500 gange hurtigere end et jetfly - men der er absolut ingen beviser for, at nogen form for gas falder ned i et sort hul, " sagde KU-forskeren. "Så, der er et spørgsmål om, hvorvidt den sorte hul-proces er påkrævet, eller om der er andre måder at gøre det på. Du indser, 'Vent et øjeblik, universet er ikke så simpelt.' Dette kunne fortælle os virkelig nye og seje ting om, hvordan galakser udvikler sig."

Med bedre billeder af galakserne fra Hubble-rumteleskopet, Rudnick og hans samarbejdspartnere indså, at gas kunne uddrives fra galakserne udelukkende af det koncentrerede lys fra stjernerne i galakserne, uden behov for ekstra energi fra gas, der falder ned i det sorte hul.

"Ved brug af HST, disse uklare prikker, vi så før fra vores teleskoper på jorden, viste nu disse træk, der lignede en kollision af galakser – de havde masser af strømme af stjerner omkring sig. Mest overraskende, de var utroligt kompakte, " sagde Rudnick. "Mælkevejen har alle sine stjerner og gas spredt ud over 100, 000 lysår, hvilket betyder at det tager lys 100, 000 år at komme fra den ene side til den anden. Disse galakser, som er lige så massive som Mælkevejen, se ud som om de havde det meste af deres masse proppet ind i noget som 1, 000 lysår. Så, de er enorme, men de er også superkoncentrerede. Idéen, vi begyndte at udvikle, er, at måske er disse galakser så kompakte, at alt stjernelyset fra alle stjernerne i disse galakser, der sidder fast i dette lille rum, er intenst nok i sig selv til at drive gassen ud af galakserne."

Rudnick sagde, at ideen er, at stjerner udsender lyspartikler, der ville støde ind i partikler af gas og "give dem et lille skub. Summen af ​​mange af disse små skub er nok til at skubbe al gassen ud af galaksen med utrolige hastigheder."

"Når du kondenserer en hel Mælkevej til en lille plet på grund af en sammensmeltning af galakser, det kan få hundreder af milliarder af stjerner til at være på et meget kompakt sted, " sagde han. "Når det sker, du kan sætte nok lys på et lille nok rum, og det kan være nok til at skubbe al gassen ud af en galakse, uden behov for ekstra energi fra gas, der falder ned i et supermassivt sort hul."

NSF-tilskudsarbejdet vil muliggøre yderligere observation og undersøgelse af denne klasse af selvslukkende galakser. Rudnick sagde, at han og hans kolleger vil studere galakserne på så mange måder som muligt, ved hjælp af teleskoper såsom NASAs CHANDRA X-ray Observatory, Keck-observatorierne på Hawaii og Atacama Large Millimeter Array (ALMA) i Chile.

"Hvor almindeligt er det, at disse galakser lukker sig selv af på denne måde?" spurgte han. "Er galaksen virkelig i stand til at blæse al sin gas helt ud - eller ser vi virkelig hurtigt, lille vandløb? Det er som om du har en kedel på komfuret, og den er varm, og en strøm af gas skyder ud af kedlen. Du ved, at denne gas skyder ud, og vi vil gerne vide, om der er nok gas, der skyder ud til, at det vil tømme fyret helt."

Rudnick har netop været medforfatter til et papir, der vises i Astrofysisk tidsskrift der brugte ALMA-teleskopet til at se i en selvslukkende galakse på "det tætteste, koldeste gas - de ting, der faktisk danner stjernerne." I det papir, de spørger, "Hvilke beviser har vi for, at den gas blæser ud?"

KU-forskeren og hans medforfattere fandt, at galaksen var de kompakte rester af en voldsom fusion mellem to galakser. Denne "fusionsrest" er også vært for enorme vinde af tæt molekylær gas, men uden spor af en aktiv galaktisk kerne. De ønskede at bestemme, hvor hurtigt den tætte gas var gas, der blev drevet ud af galaksen.

"ALMA bruger lys med meget længere bølgelængde end synligt lys - med en bølgelængde på en tiendedel millimeter, " sagde Rudnick. "Det viser sig, at kuliltemolekyler i denne gas afgiver lys, du kan se med et teleskop fra Jorden. Det meste af gassen er faktisk brint, men brint er svært at se fra Jorden, så vi vælger en sporgas. Det minder meget om naturgas, du kan ikke lugte det, så de putter noget i det for at få det til at lugte som rådne æg. Kulilte virker sådan, i, at den fortæller os, hvor det svært selige molekylære brint er. Vi bruger ALMA til at detektere kulilte og bruger det til at detektere hvor meget samlet molekylær gas. Vi fandt denne gas, som udgør meget af det, galaksen har, bevæger sig fra centrum af galaksen ved 1, 000 kilometer i sekundet. Det er virkelig de ting, der danner stjerner, der bliver blæst ud."