Przedwczesna śmierć monstrualnej galaktyki

Międzynarodowy zespół astronomów jako pierwszy zaobserwował masywną, nieaktywną galaktykę z czasów gdy Wszechświat miał zaledwie 1,65 mld lat.

Astronomowie zakładają, że większość galaktyk z tej epoki to małomasywne błyskotki intensywnie formujące gwiazdy. Jednak ta galaktyka to prawdziwy potwór i na dodatek nieaktywny – mówi prof. Karl Glazebrook, dyrektor Swinburne Centre for Astrophysics and Supercomputing, który jest kierownikiem zespołu.

Badacze odkryli, że w stosunkowo krótkim czasie ta masywna galaktyka, znana jako ZF-COSMOS-20115 uformowała wszystkie swoje gwiazdy (trzy razy więcej niż obecnie znajduje się w Drodze Mlecznej) w jednym, ekstremalnym procesie gwiazdotwórczym.  Jednak już w miliard lat po Wielkim Wybuchu procesy gwiazdotwórcze ustały, a galaktyka stała się spokojną, czerwoną i umierającą – to typ galaktyki powszechny w dzisiejszym Wszechświecie, ale nieoczekiwany na tak wczesnym etapie jego rozwoju.

Obserwowana przez badaczy galaktyka jest także mała i ekstremalnie gęsta. Jej 300 miliardów gwiazd upakowane jest na obszarze o rozmiarach rzędu odległości Słońca od pobliskiej Mgławicy Oriona.

Astrofizycy wciąż zastanawiają się w jaki sposób galaktyki przestają produkować swoje gwiazdy. Do niedawna modele wskazywały, że nieaktywne, czerwone galaktyki takie jak ta mogły zacząć się pojawiać dopiero około trzech miliardów lat po Wielkim Wybuchu.

To odkrycie stanowi nowy rekord dla najwcześniejszej masywnej czerwonej galaktyki. To nieprawdopodobnie rzadkie znalezisko, które stanowi nowe wyzwanie dla modeli ewolucji galaktyk, które teraz muszą uwzględniać istnienie takich galaktyk znacznie wcześniej w historii Wszechświata – mówi prof. Glazebrook.

Badania te stanowią kontynuację wcześniejszych badań prowadzonych w Swinburne, a wskazujących, że takie obumarłe galaktyki mogą istnieć. Wniosek taki opierał się na odnalezieniu słabych czerwonych obiektów na ekstremalnie głębokich zdjęciach w bliskiej podczerwieni.

W najnowszych badaniach astronomowie wykorzystali teleskopy W. M. Kecka na Hawajach do potwierdzenia sygnatury tych galaktyk za pomocą nowego i unikalnego spektrografu MOSFIRE. Badacze wykonali głębokie widma w bliskiej podczerwieni poszukując jednoznacznych oznak wskazujących na obecność starych gwiazd i brak aktywnych procesów gwiazdotwórczych.

Wykorzystaliśmy najsilniejszy teleskop na świecie lecz potrzeba było więcej niż dwie noce obserwacyjne, aby odkryć niesamowitą naturę tego obiektu  – mówi współautorka artykułu prof. Vy Tran z Texas A&M University.

Nawet w przypadku dużych teleskopów takich jak Keck, którego średnica lustra wynosi 10 metrów, konieczny jest długi czas obserwacji, aby wykryć linie absorpcyjne, które są bardzo słabe w porównaniu do wyraźniejszych linii emisyjnych generowanych w aktywnych galaktykach gwiazdotwórczych.

Zbierając wystarczającą ilość światła do mierzenia widma tej galaktyki, odkrywamy informacje o tym jakie gwiazdy i pierwiastki obecne są w tych galaktykach, a to z kolei pozwala nam na odtworzenie historii ich powstawania – mówi prof. Tran.

Obserwowane tempo powstawania gwiazd w tej galaktyce wynosi zaledwie 1/5 masy Słońca rocznie, jednak w szczycie aktywności gwiazdotwórczej jakieś 700 milionów lat wcześniej gwiazdy powstawały tam 5000 razy szybciej.

Ta potężna galaktyka powstawała niczym fajerwerk w czasie zaledwie 100 milionów lat, tuż na początku historii Wszechświata  – mówi prof. Glazebrook.

Monstrualny obiekt powstał w mgnieniu oka, i równie szybko zgasł. Jak to się stało – możemy tylko spekulować. Tak szybkie życie i śmierć na wczesnym etapie rozwoju Wszechświata nie są przewidywane przez nasze obecne teorie formowania galaktyk.

Współautorka artykułu dr Corentin Schreiber z Uniwersytetu w Lejdzie, która pierwsza zmierzyła widmo galaktyki podejrzewa, że te wczesne fajerwerki chowają się za osłoną pyłu i dostrzeżemy je w przyszłości za pomocą teleskopów obserwujących kosmos na falach submilimetrowych.

Wyniki badań opublikowano w periodyku Nature.

Źródło: Swinburne University of Technology

Artykuł naukowy: http://nature.com/articles/doi:10.1038/nature21680