Obłoki Magellana dowodzą, że nigdy nie jest za późno na wzrost aktywności

Wielki i Mały Obłok Magellana nad obserwatorium Las Campanas w Chile. Źródło: SDSS

Po “leniwym” początku procesów gwiazdotwórczych w trakcie pierwszych kilku miliardów lat swojego życia, zarówno Wielki jak i Mały Obłok Magellana produkują nowe gwiazdy w niesamowitym tempie.

Astronomowie z Sloan Digital Sky Survey (SDSS) doszli do tego wniosku po wykonaniu, a następnie przeanalizowaniu, pierwszych w historii szczegółowych map składu chemicznego galaktyk poza Drogą Mleczną.

“Stworzyliśmy mapę pozycji, ruchu i składu chemicznego tysięcy gwiazd w tych pobliskich galaktykach” mówi lider badań David Nidever, profesor fizyki na Montana State University. “Odczytanie tych map pomoże nam odtworzyć historię procesów gwiazdotwórczych w tych galaktykach”.

Wielki i Mały Obłok Magellana to najbliższe nam galaktyki satelitarne, które w przyszłości połączą się z Drogą Mleczną.

Więcej o tym: Zderzenie galaktyk może wyrzucić Układ Słoneczny w przestrzeń międzygalaktyczną

Nazwy obu galaktyk pochodzą od Ferdynanda Magellana, który dowodził pierwszą europejską ekspedycją, której celem było okrążenie Ziemi. Obie galaktyki widoczne są tylko z półkuli południowej, skąd przypominają jasne, delikatne obłoki. Choć ludzie obserwują je od tysięcy lat, dopiero teraz po raz pierwszy astronomowie wykonali szczegółowe mapy składu chemicznego tworzących je gwiazd.

Zdjęcie Wielkiego Obłoku Magellana wykonane przez satelitę Gaia, z nałożonymi na nie chemicznymi mapami stworzonymi na podstawie danych z przeglądu SDSS. Mapy te pokazują stosunek ciężkich pierwiastków (czyli cięższych od helu) w gwiazdach tworzących galaktykę. Źródło: David Nidever (Montana State University/NOAO) oraz SDSS

“Ponieważ obie galaktyki widoczne są tylko z półkuli południowej, musieliśmy przyjrzeć się im za pomocą naszego teleskopu w Chile” mówi Jennifer Sobeck, badaczka z University of Washington oraz menedżer projektu operacji na półkuli południowej w ramach przeglądu SDSS Apache Point Observatory Galaxy Evolution Experiment 2 (APOGEE-2). APOGEE-2 umieszcza instrumenty SDSS – identyczne do tych zainstalowanych na teleskopie Sloan Foundation w Nowym Meksyku – na teleskopie Irenee du Pon w Obserwatorium Las Campanas w Chile. “Te mapy stanowią pierwsze duże odkrycie zrealizowane przez nasze nowe południowe oko na niebo” dodaje Sobeck.

Kluczem do wykonania tych nowych map jest zbieranie widm tak wielu gwiazd jak to tylko możliwe. Widma to obserwacje ilości światła emitowanego przez gwiazdy na różnych długościach fali promieniowania. Widma gwiazd dostarczają nam wielu informacji o nich, np. jak się poruszają, jaką mają temperaturę, jaki mają skład chemiczny czy na jakim etapie życia właśnie się znajdują. Spektrograf APOGEE-2 South pracuje głównie w zakresie podczerwieni. Mapy Obłoków Magellana wykonane przez zespół Nidevera opierają się na możliwości wyciągnięcia z widm składu chemicznego gwiazd.

Pomiary szczegółowych obfitości pierwiastków w gwiazdach mogą służyć jako zegar oraz prędkościomierz procesów gwiazdotwórczych. Wodór i hel pojawiły się w Wielkim Wybuchu, ale większość cięższych pierwiastków powstała głęboko we wnętrzach gwiazd i uwolniona została w przestrzeń pod koniec życia gwiazdy, najczęściej w eksplozji supernowej. Oznacza to, że jeżeli dodamy wszystkie cięższe od helu pierwiastki, które widzimy we wszystkich gwiazdach galaktyki, suma dostarczy nam informacji o tym ile gwiazd powstało w tej galaktyce w trakcie jej życia. Co więcej, skład chemiczny gwiazd dostarcza nam informacji o składzie chemicznym obłoków gazowych, z których powstały, co służy za zegar, dzięki któremu możemy oszacować wiek gwiazd.

Stan Hasslequist, członek zespołu badawczego z University of Utah tłumaczy, że “gwiazdy tworzą różne typy pierwiastków, w zależności od swoich rozmiarów. Masywniejsze gwiazdy tworzą i uwalniają dodatkowe ilości tak zwanych pierwiastków alfa: węgla, tlenu, neonu i magnezu”. Na początkowym etapie historii galaktyki, gwiazdy dodają mnóstwo pierwiastków alfa do galaktyki, ale z czasem, stosunek tych pierwiastków alfa względem innych, powstałych w mniej masywnych gwiazdach, wyrównuje się – chyba że dochodzi do nowego wzrostu intensywności procesów gwiazdotwórczych i ponownie zaburza tę równowagę. Wykorzystując “zegar” wszystkich ciężkich pierwiastków oraz “prędkościomierz” pierwiastków alfa, możemy stworzyć szczegółowe modele do odtworzenia tempa formowania się gwiazd na przestrzeni całej historii danej galaktyki” dodaje Hasselquist.

Graf przedstawiający skład chemiczny Wielkiego Obłoku Magellana. Każdy punkt to jedna gwiazda. Na osi poziomej oznaczono całkowitą obfitość ciężkich pierwiastków (względem Słońca), a na osi pionowej obfitość pierwiastków alfa. Źródło: David Nidever oraz SDSS

Wyniki wskazują, że zarówno Wielki jak i Mały Obłok Magellana miały zupełnie inną historię niż Droga Mleczna. Względna obfitość pierwiastków alfa w ich gwiazdach wyrównała się przy dużo niższej wartości ciężkich pierwiastków (wcześniej) niż to miało miejsce w Drodze Mlecznej, co wskazuje na “leniwe” pierwsze kilka miliardów lat, w których powstawało niewiele nowych gwiazd. Jednak stosunkowo niedawno, pierwiastków alfa pojawiło się więcej, co oznacza intensywny wzrost aktywności gwiazdotwórczej w niedawnej przeszłości.

“Oba Obłoki Magellana rozpoczęły swoje życie od powolnego tworzenia nowych gwiazd” mówi Christian Hayes z University of Virginia. “Jednak w ciągu ostatnich dwóch miliardów lat, ich aktywność nagle bardzo wzrosła. Uważamy, że ma to związek z oddziaływaniem obu obłoków na siebie podczas opadania na Drogę Mleczną”.

W ciągu najbliższych kilku miliardów lat, oba Obłoki Magellana będą stopniowo łączyły się z Drogą Mleczną co przełoży się na kolejny, jeszcze większy wzrost aktywności gwiazdotwórczej w tych galaktykach. Najnowsze prace (link wyżej) wskazują, że za około 2,5 miliarda lat Wielki Obłok Magellana zostanie skonsumowany przez Drogę Mleczną. Nasze najbliższe sąsiadki galaktyczne miały leniwą przeszłość, niedawno stały się bardziej aktywne, a ich przyszłość maluje się jeszcze aktywniej. Nigdy nie jest za późno, aby wziąć się za siebie.

Źródło: SDSS