Gwałtowny superwiatr wyrzucony z galaktyki odkrywa jej historię

dnia 04/02/2016

aviolentwind

Międzynarodowy zespół pracujący pod kierownictwem badacza z Hiroshima University odkrył szczegółową strukturę masywnego obłoku zjonizowanego gazu wypływającego z galaktyki gwiazdotwórczej NGC 6240. W swoich badaniach zespół wykorzystał kamerę Suprime-Cam zainstalowaną na 8.2-metrowej średnicy Teleskopie Subaru na Maunakea na Hawajach.

Obserwowany przez astronomów zjonizowany gaz rozciąga się na 300 000 lat świetlnych. Cały obłok został wywiany z galaktyki przez silne wiatry. Wiatr ten jest napędzany przez intensywne procesy gwiazdotwórcze w centrum galaktyki. Zdolność zbierania światła i wysoka rozdzielczość przestrzenna Teleskopu Subaru umożliwiły po raz pierwszy zbadanie struktury jednego z największych superwiatrów napędzanych przez intensywne narodziny i śmierć gwiazd.

Określenie „gwiazdotwórcza” wskazuje na wielkoskalowe, intensywne procesy formowania nowych gwiazd, stąd „galaktyka gwiazdotwórcza” to galaktyka, w której intensywnie powstają nowe gwiazdy. Tempo powstawania gwiazd (SFR – star formation rate) w Drodze Mlecznej to średnio 1 masa Słońca rocznie. Dla porównania SFR galaktyk gwiazdotwórczych wynosi 10, 100 a nawet 1000 mas Słońca rocznie.

Aktywność gwiazdotwórcza jest bardzo istotnym elementem ewolucji galaktyk. Gdy dochodzi do wzrostu aktywności gwiazdotwórczej procesy te w szybkim tempie zużywają znajdujący się w galaktyce gaz międzygwiezdny. Dodatkowo promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez nowe masywne gwiazdy oraz przez ciepło i ciśnienie fali uderzeniowej po wybuchu supernowej wywiewają większą część gazu w galaktyce w przestrzeń międzygalaktyczną. Ten energetyczny wiatr na galaktyczną skalę nazywany jest wiatrem galaktycznym lub superwiatrem. Jego oddziaływanie bardzo skutecznie wypycha gaz międzygwiezdny  z galaktyki przyspieszając tempo utraty gazu przez galaktykę. To z kolei dławi procesy gwiazdotwórcze.

1-aviolentwind

Bogaty w metale gaz wypchnięty z dysku galaktyki zanieczyszcza jej halo i przestrzeń międzygalaktyczną. Dlatego też galaktyki gwiazdotwórcze i superwiatry napędzane przez procesy gwiazdotwórcze istotnie wpływają na ewolucję galaktyki i gazu ją otaczającego.

Jednym z mechanizmów, które mogą prowokować wielkoskalową aktywność gwiazdotwórczą są zderzenia i mergery galaktyk. Gdy dwie bogate w gaz gigantyczne galaktyki spiralne łączą się ze sobą, zaburzenia grawitacyjne spowodowane przez proces łączenia zaburzają orbity gwiazd. W tym samym czasie gaz w dysku galaktyki traci swój moment pędu wskutek procesów związanych z mieszaniem gazu i opada w kierunku grawitacyjnego centrum mergeru. To prowadzi do powstania obszernego zagęszczenia gazu, który zmienia się w węzeł gwiazdotwórczy. Intensywne procesy gwiazdotwórcze produkują duże ilości pyłu, który emituje silne promieniowanie podczerwone pochłaniając promieniowanie ultrafioletowe z nowopowstałych masywnych gwiazd.

NGC 6240 to galaktyka gwiazdotwórcza znajdująca się stosunkowo blisko Drogi Mlecznej – w odległości ok. 350 milionów lat świetlnych. Jej SFR ocenia się na 25-80 razy większy od naszej galaktyki. Charakteryzuje się osobliwą, zaburzoną morfologią, która wskazuje na łączenie się dwóch galaktyk spiralnych. Z uwagi na intensywne procesy gwiazdotwórcze w jej centrum, NGC 6240 jest bardzo jasna w podczerwieni emitowanej przez rozgrzany pył. Całkowita moc promieniowania w podczerwieni jest około biliona (tysiąca miliardów) razy większa od Słońca.

2-aviolentwind

NGC 6240 to ważny obiekt badań dla naukowców badających fizyczny i ewolucyjny związek między procesami łączenia galaktyk, aktywności gwiazdotwórczej i zjawiska aktywnych jąder galaktyk. Dlatego też jest to jedna z najlepiej zbadanych galaktyk gwiazdotwórczych w pobliskim wszechświecie.

Zespół badawczy potrzebował szerokokątnego spojrzenia na NGC 6240. Kamera Suprime-Cam zainstalowana na Teleskopie Subaru skupiła się na szczegółowej budowie superwiatru wywiewanego z galaktyki. Dodatkowo zespół szukał wskazówek, które pomogłyby zrozumieć historię procesów gwiazdotwórczych w tej galaktyce. Galaktykę obserwowano przy wykorzystaniu specjalnego filtra, który przepuszcza promieniowanie wokół linii emisyjnej za którą odpowiedzialny jest zjonizowany wodór (tzw. linia H-alfa). Dzięki temu możliwe było zbadanie struktury zjonizowanego gazu związanego z superwiatrem.

Ich niespotykanie dokładne obserwacje (długie czasy ekspozycji) odkryły złożoną, gigantyczną mgławicę zjonizowanego gazu (zwaną „mgławicą H-alfa”) otaczającą NGC 6240. Mgławica ta rozciąga się na 300 000 lat świetlnych i zawiera złożone struktury włókien, pętli i zagęszczeń. Astronomowie wiedzieli, że taka duża mgławica zjonizowanego gazu otacza NGC 6240, lecz głębia obrazu znacznie przerasta jakiekolwiek wcześniejsze badania i umożliwiła zespołowi z Hiroszimy zbadanie najsłabszych, najdelikatniejszych włókien mgławicy.

Zespół badawczy szczegółowo przeanalizował dane i odkrył, że NGC 6240 doświadczyła co najmniej trzech gwałtownych okresów gwiazdotwórczych w przeszłości, i każdy z nich napędzał energetyczny superwiatr. Właśnie te superwiatry odpowiadają za powstanie złożonej struktury mgławicy H-alfa. Najstarszy okres gwiazdotwórczy rozpoczął się ok. 80 milionów lat temu. Astronomowie uważają, że proces łączenia galaktyk rozpoczął się około miliarda lat temu co wskazuje, że dopiero późniejsze stadia procesu łączenia prowadzą do rozpoczęcia intensywnych procesów gwiazdotwórczych, w następstwie których powstają superwiatry.

Źródło: Subaru Telescope / phy.so

Dodaj komentarz