Młode gwiazdy decydują o losie galaktyk

Przez /

Młode gwiazdy decydują o losie galaktyk – nowe spojrzenie na feedback gwiazdowy

Kosmiczny plac zabaw młodych gwiazd

Jak bardzo kilka świeżo narodzonych gwiazd potrafi zmienić całą galaktykę? Na to pytanie odpowiada nowe badanie międzynarodowego zespołu astronomów, zaprezentowane na 248. zjeździe Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego i opisane w komunikacie NRAO Young Stars Shape the Fate of Galaxies.

Zdjęcie przedstawia fragment jednego z ramion spiralnych Messier 51 (M51), jednej z czterech galaktyk badanych w ramach tej pracy, widziany przez kamerę bliskiej podczerwieni (NIRCam) Webba. Gęste skupiska gazu gwiazdotwórczego są pokazane na czerwono i pomarańczowo, reprezentując światło podczerwone emitowane przez zjonizowany gaz, ziarna pyłu i złożone cząsteczki, takie jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). Wewnątrz tych kompleksów gazowych, każdy o średnicy dziesiątek lub setek lat świetlnych, Webb ujawnia gęste, niezwykle jasne gromady masywnych gwiazd, które dopiero niedawno powstały. Niezliczone gwiazdy rozsiane w ramieniu galaktyki, z których wiele byłoby niewidocznych dla naszego oka za warstwami pyłu, są również widoczne w świetle podczerwonym. Źródło: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Pedrini, A. Adamo (Uniwersytet Sztokholmski) i zespół FEAST JWST

Badacze przeanalizowali około 18 tysięcy obszarów gwiazdotwórczych w pobliskich galaktykach spiralnych, korzystając z danych trzech kluczowych instrumentów: radiowego ALMA, Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba oraz Hubble’a, zebranych w ramach dużego programu PHANGS.

Okazało się, że młode, masywne gwiazdy nie są tylko biernym produktem ewolucji galaktyk – poprzez tzw. feedback gwiazdowy aktywnie przepychają, podgrzewają i jonizują gaz, decydując, czy kolejne pokolenia gwiazd w ogóle będą miały z czego powstać.

Czym jest feedback gwiazdowy?

Gwiazdy rodzą się w gęstych, zimnych obłokach gazu i pyłu, które z czasem mogą zamienić się w gwiazdotwórcze gniazda – regiony, gdzie równocześnie powstaje wiele młodych gwiazd.

Najbardziej masywne z nich emitują ogromne ilości promieniowania ultrafioletowego, jonizują otaczający gaz (tworząc obszary H II) i wywołują lokalne bańki wysokiego ciśnienia, które rozszerzają się w otoczeniu.

Ten proces, czyli feedback gwiazdowy, może zadziałać dwojako: albo sprężyć i skupić część gazu, inicjując nowe zapłony gwiazd, albo rozdmuchać i rozproszyć obłoki tak skutecznie, że proces gwiazdotwórczy zostanie na pewien czas zduszony.

Jak zmierzono wpływ młodych gwiazd?

Dane PHANGS połączyły informacje o gazie, pyłach i młodych gwiazdach z bardzo wysoką rozdzielczością przestrzenną – można śledzić pojedyncze regiony gwiazdotwórcze w galaktykach podobnych do Drogi Mlecznej.

ALMA mierzy emisję w zakresie milimetrowym i submilimetrowym, co pozwala mapować zimny, gęsty gaz molekularny będący surowcem do tworzenia gwiazd.

Z kolei Hubble i Webb rejestrują światło młodych gwiazd i zjonizowanego gazu, dzięki czemu można wyznaczyć ciśnienie w tych jonizowanych bańkach i sprawdzić, czy są wystarczająco silne, by wypchnąć materiał na zewnątrz.

Analiza pokazała, że w typowych galaktykach spiralnych to właśnie ciśnienie zjonizowanego gazu, napędzane młodymi gwiazdami, jest głównym mechanizmem rozszerzania się regionów gwiazdotwórczych.

Galaktyka po zderzeniu – NGC 3256

Aby sprawdzić, jak wygląda feedback gwiazdowy w bardziej ekstremalnych warunkach, zespół porównał zwykłe galaktyki z NGC 3256 – bardzo jasnym układem powstałym w wyniku zderzenia dwóch galaktyk.

Takie zderzenia często prowadzą do tzw. galaktyk gwiazdotwórczych, gdzie tempo formowania gwiazd jest setki razy wyższe niż w Drodze Mlecznej, a gaz i pył są intensywnie mieszane.

W NGC 3256 ciśnienia związane z feedbackiem młodych gwiazd okazały się około 100 razy wyższe niż w spokojnych galaktykach spiralnych – środowisko jest znacznie bardziej turbulentne, a gaz nie układa się w prosty, płaski dysk.

W takich warunkach część gromad gwiazd jest dosłownie przyduszona przez ogromne ciśnienie, ale najbardziej masywne z nich nadal są w stanie rozszerzać swoje obszary i dalej wpływać na otoczenie.

Co nam to mówi o ewolucji galaktyk?

Nowe pomiary ciśnienia i energii związanej z młodymi gwiazdami są jednymi z pierwszych tak dokładnych kwantyfikacji feedbacku gwiazdowego w różnych typach galaktyk – od zwykłych galaktyk spiralnych po skrajne układy po zderzeniach.

Dzięki temu można lepiej testować numeryczne modele ewolucji galaktyk, które muszą uwzględniać, jak gwiazdy regulują dostępność zimnego gazu – kluczowego zarówno dla dalszej produkcji gwiazd, jak i dla chemicznego wzbogacania ośrodka międzygwiazdowego.

W ostatnich latach inne obserwacje (m.in. praca Alex Pedrini i współautorów o gromadach gwiazd z danych Webba i Hubble’a) pokazały, że masywne gromady szybciej wychodzą z obłoków, oczyszczając swoje otoczenie z gazu.

Razem z wynikami PHANGS tworzy się coraz pełniejszy obraz: młode gwiazdy to nie tylko produkt ewolucji galaktyk, ale jeden z głównych mechanizmów, który tę ewolucję napędza i przełącza między fazami spokoju a gwałtownego formowania gwiazd.

Co dalej?

Autorzy badania podkreślają, że kluczowe jest badanie zarówno normalnych środowisk, jak i ich ekstremalnych odpowiedników – tylko wtedy można sprawdzić, czy wykorzystywane dziś modele fizyczne są uniwersalne.

W kolejnych projektach zespół planuje pogłębić analizy najbardziej zakurzonych, turbulentnych obszarów, m.in. we współpracy GOALS i z ośrodkami takimi jak IPAC w Caltech, aby lepiej zrozumieć sprzężenie między gwiazdami, gazem i pyłem w najbardziej aktywnych galaktykach.

Dla obserwatorów z Ziemi te badania nie są oczywiście widoczne nieuzbrojonym gołym, ale pozwalają nam odpowiedzieć na fundamentalne pytanie: dlaczego jedne galaktyki wciąż rodzą gwiazdy, a inne już dawno przeszły na emeryturę.

Źródła

Główne źródło:

Źródła kontekstowe:

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Powiązane wpisy

Przewijanie do góry