Astronomové mohou předpovědět, kdy skončí formování hvězd galaxie na základě tvaru a velikosti jejího disku
Hlavní činností galaxie je tvorba hvězd. A když jsou mladí, jako všude mládež, zaměstnávají se tím. Ale galaxie stárnou, vyvíjejí se a dochází ke zpomalení rychlosti tvorby hvězd. Nakonec galaxie úplně přestanou tvořit nové hvězdy a astronomové tomu říkají zhášení. Studovali zhášení po celá desetiletí, ale mnoho o tom zůstává záhadou.
Nová studie založená na IllustrisTNG simulace našly souvislost mezi zhášením galaxie a její hvězdnou velikostí.
Asi před 10 miliardami let byl vesmír v tom, co kosmologové nazývají „kosmické poledne“. Tehdy vrcholila tvorba hvězd v galaxiích. Jak a proč od té doby galaxie přestávají tvořit hvězdy, je záhadou.
V novém dokumentu s názvem „ MOSEL a IllustrisTNG: Masivní rozšířené galaxie při z = 2 zhášení později než galaxie normální velikosti “ chtěl tým výzkumníků prozkoumat zhášení. Hlavním autorem studie je Dr. Anshu Gupta z australského ARC Center of Excellence in All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D). Článek bude publikován v The Astrophysical Journal.
„V životě vesmíru existuje období známé jako ‚kosmické poledne‘, které nastalo asi před 10 miliardami let,“ řekl Dr. Gupta v dokumentu. tisková zpráva . 'To bylo, když byla formace hvězd v masivních galaxiích na vrcholu.' Poté se plyn ve většině těchto galaxií zahřál – částečně kvůli černým dírám uprostřed nich – a přestaly tvořit hvězdy.“
Obrazový kredit: Gupta et al, 2021.
Kosmické poledne také vidělo, že galaxie rozvinuly vlastnosti, které vidíme dnes: například pravidelný rotující disk a vybouleniny. Tehdy se také začala objevovat populace mrtvých galaxií nebo uhasených galaxií. Něco se dělo.
Kosmické poledne nebylo jen obdobím vrcholné formace hvězd. Bylo to také období vrcholného narůstání černých děr. Jak černé díry ve středu galaxií rostly hmotnější, přitahovaly k sobě plyn galaxie, stlačovaly a ohřívaly plyn. Ale hvězdy potřebují ke svému vzniku studený plyn; horký plyn odmítá splynout a zhroutit se do hvězdy.
Ale tento efekt komprese a zahřívání neovládal všechny galaxie. Pro nafoukanější, méně hustou galaxii s větším prostorem mezi hvězdami neměly černé díry stejný účinek. Nemohli dosáhnout dostatečného množství plynu, aby uhasili tvorbu hvězd.
'V galaxiích, které jsou opravdu, ale opravdu roztažené, jsme zjistili, že se věci tolik nezahřívají a černé díry nemají tak velký vliv, takže hvězdy vznikaly delší dobu.'
Tým výzkumníků se zaměřil na to, co se nazývá galaktický disk. Galaktický disk je zploštělá kruhová oblast obklopující jádro a obsahuje hvězdy, plyn a prach. Pokud je tento disk rozprostřen namísto kompaktního, pak tvorba hvězd přetrvává a zhášení se opozdí.
'Tam, kde jsou hvězdy v disku široce rozmístěny - dalo by se to nazvat 'nafouklý' - plyn zůstává chladnější, takže se nadále slučuje vlivem gravitace a tvoří nové hvězdy,' řekl Dr. Gupta. 'V galaxiích s kompaktnějšími disky se plyn zahřívá poměrně rychle a brzy je příliš energický na to, aby se spojil dohromady, takže tvorba hvězd končí těsně po kosmickém poledni. Nafouklé disky pokračují mnohem déle, řekněme až po kosmický odpolední čaj.“
Tento údaj ze studie pomáhá vysvětlit výsledky. Vlevo jsou normální masivní galaxie, vpravo rozšířené neboli „nafouklé“ galaxie v simulaci TNG. Jak je uvedeno v horních sloupcích, normální hmotné galaxie nezaznamenaly změnu střední hvězdné velikosti až do přibližně z~2,5. Ale rozšířené masivní galaxie zaznamenaly stálý nárůst velikosti mezi z~2 až 4. Uznání snímku: Gupta et al, 2021.
Jejich studie zjistila, že do z=1 bylo uhašeno pouze 36 % rozšířených hmotných galaxií, zatímco 69 % hmotných galaxií normálnější velikosti bylo uhašeno. Podle z=2 až 4 zjistili, že „...hmotné galaxie normální velikosti vytvářejí svou centrální hvězdnou hmotu bez významného nárůstu své hvězdné velikosti.“ Ale u rozsáhlých hmotných galaxií se jejich hvězdná hmotnost téměř zdvojnásobila.
Tento výzkum se opíral jak o pozorování, tak o simulace.
Simulace IllustrisTNG byly ambiciózním úsilím zahrnujícím převážně německých a amerických vědců. Webové stránky IllustrisTNG popisují úsilí nejlépe: „Každá simulace v IllustrisTNG vyvíjí velký pás falešného vesmíru od doby krátce po Velkém třesku až do současnosti, přičemž bere v úvahu širokou škálu fyzikálních procesů, které řídí tvorbu galaxií. Simulace lze použít ke studiu široké škály témat týkajících se toho, jak se vesmír – a galaxie v něm – vyvíjel v průběhu času.
Co tedy tyto výsledky znamenají? „Výsledky znamenají, že se nám poprvé podařilo stanovit vztah mezi velikostí disku a tvorbou hvězd. Astronomové se tedy nyní budou moci podívat na jakoukoli galaxii ve vesmíru a přesně předpovědět, kdy přestane vytvářet hvězdy – těsně po obědě nebo později během kosmického odpoledne.“
Mléčná dráha je domovem lidstva. Kam do toho všeho zapadá naše galaxie? Jak se ukázalo, mléčná dráha kvete pozdě. Bylo to tady v kosmické poledne, ale stále bylo velmi malé a rozhodně nehmotné. V té době měla pouze jednu desetinu hmotnosti hvězdy, kterou má nyní. Postupem času se zvětšila, díky fúzím . Nyní je to obrovská galaxie, ale stále vytváří hvězdy.
Stojící vedle Mléčné dráhy. Kredit: P. Horálek/ESO
Kde jsme tedy nyní v kosmicko-galaktickém denním časovači? 'Kosmické poledne bylo dávno,' řekl doktor Gupta. „Řekl bych, že vesmír nyní dosáhl kosmického večera. Ještě není noc, ale věci se rozhodně zpomalily.'
Tým stojící za touto studií integroval simulace IllustrisTNG s pozorováními z Multi-Object Spectroscopic Emission Line Survey (MOSEL). MOSEL spoléhal na Hubbleův vesmírný dalekohled a W.M. Observatoř Keck. Tým zahrnoval vědce z Velké Británie, Německa, Mexika, USA a Austrálie.