Komunikat prasowy

Gwiazdy narodzone w wiatrach od supermasywnych czarnych dziur

Teleskop VLT dostrzegł nowy sposób powstawania gwiazd

27 marca 2017

Obserwacje przy pomocy należącego do ESO teleskopu VLT ukazały gwiazdy formujące się wewnątrz potężnych wypływów materii wyrzucanych z supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk. Są to pierwsze potwierdzone obserwacje gwiazd powstających w tego typu ekstremalnym otoczeniu. Odkrycie ma liczne konsekwencje dla zrozumienia własności i ewolucji galaktyk. Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Nature”.

Kierowana przez Brytyjczyków grupa badawcza astronomów użyła instrumentów MUSE i X-shooter na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Obserwatorium Paranal w Chile do zbadania trwającego zderzenia pomiędzy dwoma galaktykami, zwanymi pod wspólną nazwą IRAS F23128-5919, położonymi około 600 milionów lat świetlnych od Ziemi. Naukowcy obserwowali gigantyczne wiatry – wypływy materii – które pochodzą z pobliża supermasywnej czarnej dziury w sercu pary południowych galaktyk. Uzyskali pierwszy wyraźny dowód na to, że obszarze tym powstają gwiazdy [1].

Tego typu galaktyczne wypływy materii są napędzane olbrzymimi emisjami energii od aktywnych i turbulentnych centrów galaktyk. Supermasywne czarne dziury skrywają się w jądrach większości galaktyk, a gdy zagarniają materię, rozgrzewają także otaczający je gaz i wyrzucają go z galaktyki macierzystej w formie potężnych, gęstych wiatrów [2].

„Astronomowie sądzili od pewnego czasu, że warunki panujące w tych wypływach mogą być odpowiednie dla procesów gwiazdotwórczych, ale do tej pory nikt nie zaobserwował co faktycznie się tam dzieje, z powodu iż jest to bardzo trudne do obserwacji” komentuje kierownik zespołu Roberto Maiolino z University of Cambridge. „Nasze wyniki są ciekawe, ponieważ bezsprzecznie pokazują, że wewnątrz tych przepływów powstają gwiazdy.”

Grupa przeprowadziła badania w celu zbadania gwiazd w przepływach bezpośrednio, a także gazu otaczającego je. Dzięki dwóm z wiodących na świecie instrumentów spektroskopowych na VLT, czyli MUSE oraz X-shooter, udało się przeprowadzić bardzo szczegółowe badania własności emitowanego światła, aby ustalić jego źródło.

Promieniowanie od młodych gwiazd jest znane z tego, że powoduje świecenie pobliskiego gazu w specyficzny sposób. Ekstremalna czułość X-shooter pozwoliła zespołowi wykluczyć inne możliwe przyczynę tego świecenia, w tym fale uderzeniowe w gazie, czy aktywne jądro galaktyki.

Grupa dokonała następnie bezpośredniej detekcji niemowlęcej populacji gwiazdowej wewnątrz przepływu [3]. Uważa się, że te gwiazdy mają mniej niż kilkadziesiąt milionów lat, a wstępne analizy sugerują, że są gorętsze i jaśniejsze niż gwiazdy uformowane w mniej ekstremalnym otoczeniu, np. w dysku galaktycznym.

Jako dodatkowy dowód astronomowie określili ruch i prędkość tych gwiazd. Światło od większości gwiazd w tym rejonie wskazuje, że poruszają się z olbrzymimi prędkościami w stronę od centrum galaktyk – co ma sens dla obiektów uchwyconych w strumieniu szybko poruszającej się materii.

Współautor Helen Russell (Institute of Astronomy, Cambridge, Wielka Brytania) dodaje: „Gwiazdy, które formują się w wietrze blisko centrum galaktyki mogą spowalniać, a nawet zacząć poruszać się z powrotem, ale gwiazdy, które powstają w dalszej odległości w przepływie doświadczają mniejszego spowolnienia i mogą nawet uciec z galaktyki.”

Odkrycie dostarcza nowych, ciekawych informacji, dzięki którym możemy lepiej zrozumieć część astrofizyki, w tym to, w jaki sposób pewne galaktyki uzyskały swoje kształty [4]; w jaki sposób przestrzeń międzygalaktyczna wzbogaciła się w cięższe pierwiastki; a nawet skąd może pochodzić niewytłumaczone kosmiczne tło w podczerwieni [6].

Maiolino jest podekscytowany przyszłymi możliwościami: „Jeżeli powstawania gwiazd rzeczywiście zachodzi w większości przepływów galaktycznych, tak jak przewidują to nie które teorie, będziemy wtedy mieć zupełnie nowy scenariusz dla naszego zrozumienia ewolucji galaktyk.”

Uwagi

[1] Gwiazdy formują się w przepływach w bardzo gwałtownym tempie; astronomowie mówią, że w ciągu roku powstają gwiazdy o łącznej masie około 30 mas Słońca. Odpowiada to za ponad ćwierć całkowitej ilości procesów gwiazdotwórczych w całym systemie łączących się galaktyk.

[2] Wyrzucanie gazu poprzez galaktyczne wypływy prowadzi do powstawania ubogiego w gaz środowiska w galaktyce, co może być przyczyną tego, że niektóre galaktyki przestają tworzyć nowe gwiazdy wraz z upływem swojego wieku. Chociaż te wypływy najprawdopodobniej są napędzane przez centralne masywne czarne dziury, możliwe jest także, iż wiatry są zasilane przez supernowe w gwiazdotwórczych jądrach, w których zachodzą żywiołowe procesy powstawania gwiazd.

[3] Zostało to osiągnięte poprzez detekcję charakterystycznych sygnatur młodych gwiezdnych populacji i rozkładu prędkości zgodnego ze spodziewanym dla gwiazd uformowanych w szybko poruszających się wypływach.

[4] Galaktyki spiralne mają oczywistą strukturę dyskową, z rozciągniętym zgrubieniem galaktycznym gwiazd w centrum, otoczonym przez rozmyty obłok gwiazd, zwany halo. Galaktyki eliptyczne są złożone głównie z komponentów sferoidalnych. Wypływy gwiazd, które są wyrzucane z głównego dysku, mogą powodować rozrost tych galaktycznych struktur.

[5] Kwestia w jaki sposób przestrzeń pomiędzy galaktykami — ośrodek międzygalaktyczny — wzbogaca się w cięższe pierwiastki, ciągle pozostaje sprawą otwartą, ale wypływy gwiazd mogą dostarczyć odpowiedzi. Jeżeli są wyrzucane z galaktyki, gdy wybuchają supernowe, ciężkie pierwiastki, które zawierają, mogą być uwalniane do ośrodka międzygalaktycznego.

[6] Kosmiczne promieniowanie tla w podczerwieni, podobne do bardziej znanego mikrofalowego promieniowania tła, jest słabym świeceniem w podczerwonej części widma, które wydaje się dochodzić ze wszystkich kierunków w kosmosie. Jego pochodzenie w pasmach bliskiej podczerwieni nie zostało jednak nigdy w satysfakcjonujący sposób wyjaśnione. Populacja gwiazd z wypływów trafia do przestrzeni międzygalaktycznej może mieć swój wkład w to promieniowanie.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. „Star formation in a galactic outflow”, Maiolino et al., który ukaże się 27 marca 2017 r. w czasopiśmie Nature.

Skład zespołu badawczego: R. Maiolino (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Wielka Brytania), H.R. Russell (Institute of Astronomy, Cambridge, Wielka Brytania), A.C. Fabian (Institute of Astronomy, Cambridge, Wielka Brytania), S. Carniani (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Wielka Brytania), R. Gallagher (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Wielka Brytania), S. Cazzoli (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Hiszpania), S. Arribas (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Hiszpania), F. Belfiore ((Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Wielka Brytania), E. Bellocchi (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Spain), L. Colina  (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Hiszpania), G. Cresci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Włochy), W. Ishibashi (Universität Zürich, Zürich, Szwajcaria), A. Marconi (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Włochy), F. Mannucci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Włochy), E. Oliva (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Włochy) oraz E. Sturm (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Niemcy).

Linki

• Publikacja naukowa w Nature
• Zdjęcia VLT

Kontakt

Roberto Maiolino
Cavendish Laboratory, Kavli Institute for Cosmology
University of Cambridge, UK
E-mail: r.maiolino@mrao.cam.ac.uk

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych