Badanie tempa powstawania gwiazd w odległych galaktykach

tracingstarf
Odległe galaktyki, źródło: NASA, ESA oraz Bahram Mobasher

Kiedy myślimy o galaktykach – myślimy przede wszystkim o potężnych zbiorach gwiazd. W rzeczy samej gwiazdy stanowią najważniejszy składnik każdej galaktyki.

Aby zrozumieć prawa fizyczne stojące za ewolucją i powstawaniem galaktyk niezbędna jest wiedza o tempie formowania gwiazd w takiej galaktyce. Ta informacja opisuje aktywność galaktyki: w młodych galaktykach zawierających duże ilości gazu powstaje bardzo wiele gwiazd, podczas gdy w czerwonych i starych galaktykach, w których zapasy gazu już się wyczerpały, procesy gwiazdotwórcze praktycznie już nie występują.

Zdarzenia kosmologiczne takie jak mergery (łączenie) galaktyk mogą także sprowokować wzrost tempa powstawania nowych gwiazd. Niemniej jednak, jeżeli nie skupiamy się na obserwowaniu Drogi Mlecznej i pobliskich lokalnych galaktyk, nie jesteśmy w stanie obserwować pojedynczych gwiazd i obszarów formowania gwiazd w odległych galaktykach. Dlatego też musimy polegać na globalnie obserwowanych właściwościach galaktyk, aby oszacować tempo powstawania gwiazd w galaktykach znacznie od nas oddalonych.

Najlepszym sposobem badania właściwości galaktyk jest obserwowanie ich w szerokim zakresie promieniowania; wszak każdy rodzaj promieniowania emitowany jest przez inne zjawiska i obiekty znajdujące się w galaktykach. Przykładowo promieniowanie ultrafioletowe pochodzi od najmłodszych i najbardziej masywnych gwiazd, podczas gdy promieniowanie w zakresie optycznym i bliskiej podczerwieni pochodzi od bardziej odewoluowanych gwiazd. Promieniowanie podczerwone pozwala nam badać pył w galaktyce, a linie emisyjne wykrywane w widmie ujawniają przed nami obłoki gazu.

W artykule opublikowanym online 22 marca, zespół badaczy pracujących pod kierownictwem Irene Shivaei (Uni of California) obserwował 17 jasnych odległych galaktyk za pomocą wysokiej rozdzielczości spektrometru pracującego w podczerwieni MOSFIRE zainstalowanego na teleskopach w Obserwatorium Keck. Następnie połączono otrzymane widma ze zdjęciami w podczerwieni wykonanymi przez Kosmiczny Teleskop Spitzer, Kosmiczne Obserwatorium Herschel oraz zdjęciami w zakresie optycznym wykonanymi za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a – tworząc w ten sposób kompletny obraz tych galaktyk w szerokim zakresie promieniowania, od ultrafioletu po daleką podczerwień.

Badacze przyjrzeli się różnym cechom, które zazwyczaj wykorzystywane są do szacowania intensywności procesów gwiazdotwórczych w galaktykach, a następnie porównywali je ze sobą. Czynniki wykorzystywane do oceny tempa powstawania gwiazd to: ilość promieniowania ultrafioletowego wyemitowanego przez młode gwiazdy; ilość promieniowania podczerwonego, które pokazuje ile promieniowania ultrafioletowego zostało pochłonięte przez pył; mgławicowe linie emisyjne, za które odpowiadają młode gwiazdy, które sprawiają, że otaczające je obłoki gazu świecą.

Tego typu diagnostykę prowadzono w ostatniej dekadzie dla pobliskich galaktyk, jednak w przypadku odległych galaktyk ciężko jest uzyskać komplet danych obejmujących szeroki zakres promieniowania.

W ramach badań po raz pierwszy przeprowadzono  bezpośrednie porównanie optycznych linii emisyjnych ze wskaźnikami intensywności procesów gwiazdotwórczych w podczerwieni i ultrafiolecie.

Otrzymane wyniki pozwolą stworzyć podstawy do badań ewolucji galaktyk, tzn pozwolą przewidywać ilościowo różne cechy (w tym przypadku, tempa procesów gwiazdotwórczych) odległych galaktyk na podstawie ich światła docierającego do naszych teleskopów.

Powyższa analiza stanowi element przeglądu MOSFIRE Deep Evolution Field (MOSDEF) przeprowadzanego przez astronomów z UC Riverside, UCLA, UC Berkeley, UC San Diego. Zespół MOSDEF korzysta z danych zebranych przez spektrometr MOSFIRE na teleskopach obserwatorium Keck dla galaktyk istniejących 1.5-4.5 mld lat po Wielkim Wybuchu, na etapie na którym we Wszechświecie najintensywniej powstawały gwiazdy. Celem przeglądu jest zbadanie ilości gwiazd, gazu i czarnych dziur znajdujących się w galaktykach w tej ważnej epoce historii Wszechświata.

Artykuł naukowy został opublikowany w periodyku Astrophysical Journal Letters.

Więcej informacji:

Źródło: phys.org