Kosmiske kartografer kortlægger det nærliggende univers og afslører mangfoldigheden af ​​stjernedannende galakser

Et hold af astronomer, der bruger Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har gennemført den første optælling af molekylære skyer i det nærliggende univers, afsløre, at i modsætning til tidligere videnskabelige udtalelser, disse stjernegartnerier ser og opfører sig ikke alle ens. Faktisk, de er lige så forskellige som mennesker, hjem, kvarterer og regioner, der udgør vores egen verden.

Stjerner er dannet af skyer af støv og gas kaldet molekylære skyer, eller stjernernes planteskoler. Hver stjerneplanteskole i universet kan danne tusinder eller endda titusindvis af nye stjerner i løbet af sin levetid. Mellem 2013 og 2019, astronomer på PHANGS-projektet (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS) gennemførte den første systematiske undersøgelse af 100, 000 stjerneskoler på tværs af 90 galakser i det nærliggende univers for at få en bedre forståelse af, hvordan de forbinder sig tilbage til deres modergalakser.

"Vi plejede at tro, at alle stjernegartnerier på tværs af hver galakse skal se mere eller mindre ens ud, men denne undersøgelse har afsløret, at dette ikke er tilfældet, og stjernernes planteskoler ændrer sig fra sted til sted, " sagde Adam Leroy, lektor i astronomi ved Ohio State University (OSU), og hovedforfatter af papiret, der præsenterer PHANGS ALMA-undersøgelsen. "Det er første gang, vi nogensinde har taget millimeterbølgebilleder af mange nærliggende galakser, der har samme skarphed og kvalitet som optiske billeder. Og mens optiske billeder viser os lys fra stjerner, disse banebrydende nye billeder viser os de molekylære skyer, der danner disse stjerner."

Forskerne sammenlignede disse ændringer med den måde, som mennesker, huse, kvarterer og byer udviser lignende karakteristika, men skifter fra region til region og land til land.

"For at forstå, hvordan stjerner dannes, vi skal forbinde en enkelt stjernes fødsel tilbage til dens plads i universet. Det er som at knytte en person til deres hjem, kvarter, by og region. Hvis en galakse repræsenterer en by, så er kvarteret spiralarmen, huset den stjernedannende enhed, og nærliggende galakser er nabobyer i regionen, sagde Eva Schinnerer, en astronom ved Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) og hovedforsker for PHANGS-samarbejdet "Disse observationer har lært os, at 'kvarteret' har små, men udtalte effekter på, hvor og hvor mange stjerner der bliver født."

For bedre at forstå stjernedannelse i forskellige typer galakser, holdet observerede ligheder og forskelle i de molekylære gasegenskaber og stjernedannelsesprocesser for galakseskiver, stjernernes barer, spiralarme, og galaksecentre. De bekræftede, at placeringen, eller kvarter, spiller en afgørende rolle i stjernedannelsen.

"Ved at kortlægge forskellige typer af galakser og den mangfoldige række af miljøer, der findes i galakser, vi sporer hele rækken af ​​forhold, under hvilke stjernedannende gasskyer lever i nutidens univers. Dette giver os mulighed for at måle den indflydelse, som mange variabler har på den måde, stjernedannelse sker på, sagde Guillermo Blanc, en astronom ved Carnegie Institution for Science, og en medforfatter på papiret.

"Hvordan stjerner dannes, og hvordan deres galakse påvirker den proces, er grundlæggende aspekter af astrofysik, " sagde Joseph Pesce, National Science Foundations programansvarlige for NRAO/ALMA. "PHANGS-projektet udnytter ALMA-observatoriets udsøgte observationskraft og har givet bemærkelsesværdig indsigt i historien om stjernedannelse på en ny og anderledes måde."

Annie Hughes, en astronom ved L'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), tilføjede, at det er første gang, forskerne har et øjebliksbillede af, hvordan stjernedannende skyer virkelig er på tværs af en så bred vifte af forskellige galakser. "Vi fandt ud af, at egenskaberne af stjernedannende skyer afhænger af, hvor de er placeret:skyer i de tætte centrale områder af galakser har en tendens til at være mere massive, tættere, og mere turbulente end skyer, der opholder sig i den stille udkant af en galakse. Skyernes livscyklus afhænger også af deres miljø. Hvor hurtigt en sky danner stjerner og den proces, der i sidste ende ødelægger skyen, synes begge at afhænge af, hvor skyen bor."

Det er ikke første gang, at stjerneplanteskoler er blevet observeret i andre galakser ved hjælp af ALMA, men næsten alle tidligere undersøgelser fokuserede på individuelle galakser eller en del af en. Over en femårig periode, PHANGS samlede en fuld visning af den nærliggende befolkning af galakser. "PHANGS-projektet er en ny form for kosmisk kartografi, der giver os mulighed for at se mangfoldigheden af ​​galakser i et nyt lys, bogstaveligt talt. Vi ser endelig mangfoldigheden af ​​stjernedannende gas på tværs af mange galakser og er i stand til at forstå, hvordan de ændrer sig over tid. Det var umuligt at lave disse detaljerede kort før ALMA, sagde Erik Rosolowsky, lektor i fysik ved University of Alberta, og en medforfatter på forskningen. "Dette nye atlas indeholder 90 af de bedste kort, der nogensinde er lavet, der afslører, hvor den næste generation af stjerner vil dannes."

For holdet, det nye atlas betyder ikke vejens ende. Mens undersøgelsen har besvaret spørgsmål om hvad og hvor, det har opdraget andre. "Det er første gang, vi har fået et klart overblik over bestanden af ​​stjernegartnerier i hele det nærliggende univers. I den forstand, det er et stort skridt mod at forstå, hvor vi kommer fra, " sagde Leroy. "Selvom vi nu ved, at stjernernes planteskoler varierer fra sted til sted, vi ved stadig ikke hvorfor eller hvordan disse variationer påvirker de dannede stjerner og planeter. Det er spørgsmål, som vi håber at få svar på i den nærmeste fremtid."

Ti artikler, der beskriver resultaterne af PHANGS-undersøgelsen, præsenteres i denne uge på det 238. møde i American Astronomical Society.