Galaktyki dawno, dawno temu były bardzo płodne; rodziły gwiazdy w tempie co najmniej dziesięciokrotnie większym niż dzisiaj.
Dlaczego? Czy było wtedy więcej rzeczy do robienia gwiazd? A może galaktyki były wtedy bardziej wydajne w tworzeniu gwiazd? Albo coś innego??
Dr Linda Tacconi z niemieckiego Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik kierowała międzynarodowym zespołem astronomów, aby dowiedzieć się, dlaczego ... i wydaje się, że odpowiedź jest taka, że młode galaktyki były wypełnione gazem skrzela.
„Po raz pierwszy byliśmy w stanie wykryć i zobrazować zimny gaz molekularny w normalnych galaktykach gwiazdotwórczych, które są reprezentatywne dla typowych masywnych populacji galaktyk krótko po Wielkim Wybuchu” - powiedział dr Tacconi.
Trudne obserwacje dają pierwszy rzut oka na to, jak galaktyki, a ściślej zimny gaz w tych galaktykach, wyglądały zaledwie 3 do 5 miliardów lat po Wielkim Wybuchu (odpowiednik kosmologicznego przesunięcia ku czerwieni od ~ 2 do z ~ 1). W tym wieku wydaje się, że galaktyki formowały gwiazdy mniej więcej w sposób ciągły z co najmniej dziesięciokrotnie większą szybkością niż w podobnych układach masy we wszechświecie lokalnym.
Obecnie jest dość dobrze ustalone, że galaktyki powstały z proto-galaktyk, które same powstały w lokalnych nadmiernych gęstościach, zdominowanych przez zimną ciemną materię - aureole ciemnej materii - gdzie nowo obojętny wodór i hel gromadziły się i schładzały. Poprzez zderzenia i fuzje, a także ciągłą akrecję gazu, protogalaktyki utworzyły młode galaktyki, kilka miliardów lat po Wielkim Wybuchu - krótko mówiąc, formacja hierarchiczna.
Szczegółowe obserwacje zimnego gazu oraz jego dystrybucji i dynamiki odgrywają kluczową rolę w rozplątywaniu złożonych mechanizmów odpowiedzialnych za przekształcanie pierwszych proto-galaktyk w nowoczesne galaktyki, takie jak Droga Mleczna. Główne badania odległych, świecących galaktyk gwiazdotwórczych na interferometrze milimetrowym Plateau de Bure zaowocowały teraz przełomem poprzez bezpośrednie spojrzenie na „pokarm” formowania się gwiazd. W badaniu wykorzystano ostatnie postępy we czułości radiometrów w obserwatorium, aby przeprowadzić pierwsze systematyczne badanie właściwości zimnego gazu (śledzonego przez linię obrotową cząsteczki tlenku węgla) normalnych masywnych galaktyk, gdy Wszechświat wynosił 40% ( z = 1,2) i 24% (z = 2,3) obecnego wieku. Wcześniejsze obserwacje były w dużej mierze ograniczone do rzadkich, bardzo świetlistych obiektów, w tym połączeń galaktyk i kwazarów. Nowe badanie zamiast tego śledzi masywne galaktyki gwiazdotwórcze reprezentatywne dla „normalnej”, średniej populacji galaktyk w tym zakresie masy i przesunięcia ku czerwieni.
„Kiedy uruchomiliśmy program około rok temu”, mówi dr Tacconi, „nie byliśmy pewni, czy cokolwiek wykryjemy. Ale obserwacje zakończyły się sukcesem przekraczającym nasze najbardziej optymistyczne nadzieje. Udało nam się wykazać, że masywne normalne galaktyki przy Z ~ 1,2 i Z ~ 2.3 miały od pięciu do dziesięciu razy więcej gazu niż to, co widzimy we wszechświecie lokalnym. Biorąc pod uwagę, że galaktyki te formowały gaz z dużą szybkością przez długi czas, oznacza to, że gaz musiał być stale uzupełniany przez akrecję z halo ciemnej materii, w doskonałej zgodzie z ostatnimi pracami teoretycznymi. ”
Innym ważnym rezultatem tych obserwacji są pierwsze przestrzennie rozdzielone obrazy rozkładu zimnego gazu i ruchów w kilku galaktykach. „Ta ankieta otworzyła drzwi dla zupełnie nowej drogi badania ewolucji galaktyk”, mówi Pierre Cox, dyrektor IRAM. „To naprawdę ekscytujące i czeka nas znacznie więcej”.
„Te fascynujące odkrycia dostarczają nam ważnych wskazówek i ograniczeń dotyczących modeli teoretycznych nowej generacji, których będziemy używać do bardziej szczegółowego badania wczesnych faz rozwoju galaktyk”, mówi Andreas Burkert, specjalista od tworzenia gwiazd i ewolucji galaktyk w niemieckiej doskonałości Cluster Universe. „Ostatecznie wyniki te pomogą zrozumieć pochodzenie i rozwój naszej Drogi Mlecznej.”
Informacje o obrazie EGS 1305123: Rozdzielone przestrzennie obrazy optyczne i milimetrowe typowej masywnej galaktyki przy przesunięciu ku czerwieni z = 1,1 (5,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu). Lewe zdjęcie zostało wykonane teleskopem kosmicznym Hubble'a w pasmach optycznych V i I, jako część badania AEGIS odległych galaktyk. Prawy obraz jest nakładką emisji CO 3-2 obserwowanej przy PdBI (kolory czerwony / żółty) nałożonej na obraz I (szary). Po raz pierwszy te obserwacje wyraźnie pokazują, że emisja linii molekularnej i światło optyczne z masywnych gwiazd śledzą masywny, obracający się dysk o średnicy ~ 60 000 lat świetlnych. Dysk ten ma podobny rozmiar i strukturę, jak widać w galaktykach dyskowych z ~ 0, takich jak Droga Mleczna. Jednak masa zimnego gazu w tym dysku jest o rząd wielkości większa niż w typowych galaktykach dyskowych z ~ 0. To wyjaśnia, dlaczego galaktyki o wysokiej wartości z mogą formować się w sposób ciągły z prędkością około dziesięciokrotnie wyższą niż typowe galaktyki z ~ 0.
Źródła: Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Tacconi i in. (2010), Nature 463, 781 (przedruk: arXiv: 1002.2149)
