Az aktív, fiatal, csillagokkal teli rendszerek végül csendes, „halott” galaxisokká válnak. A csillagászok régóta tudják, hogy a galaxisok nem mind ugyanazon a módon halnak meg. Mégis nehéz meghatározni, hogy pontosan mi idézi elő az elcsendesedésüket.
A csillagászok nagy felbontású számítógépes szimulációkat futtattak le a Világegyetemről, amelyek segítségével egy lépéssel közelebb jutottak a galaxisok halálának megértéséig. Egy olyan módszert dolgoztak ki, amely négy egyszerű méréssel feltérképezi, hogy születnek-e csillagok egy galaxisban.
A csillagok hűvös gázfelhőkben keletkeznek. Ha egy galaxisban a gáz felmelegszik, vagy teljesen eltűnik belőle, akkor a csillagképződés megszűnik, és a galaxis elpusztul. A különböző folyamatok eltérő mintázatokat hagynak maguk után, amikor egy galaxisban leáll a csillagkeletkezés. A kutatók azonban nem figyelhetik meg magukat a folyamatokat, csak a csillagvárosok aktuális állapotának megfigyelése alapján kell azonosítaniuk a mintázatokat. Az új diagnosztikai eszközök segíthetnek abban, hogy egy ilyen pillanatfelvétel alapján felismerjék azokat.
Mint egy időgép
Cameron Lawlor-Forsyth (University of Waterloo) munkatársaival az Astrophysical Journal című szaklapban számolt be kutatásuk eredményeiről. A kutató a galaxisok megfigyelését ahhoz hasonlítja, amikor besétálunk egy bevásárlóközpontba: a legkülönbözőbb korú embereket látjuk, de azt nem, ahogy éppen felnőnek. A csillagászok több millió galaxist megfigyelhetnek, de csak pillanatképeket látnak róluk.
A szimulációk viszont olyanok, mint egy időgép: segítenek egy galaxis történetét végigkövetni a születésétől az öregkoráig. A kutatók az Illustris TNG50 kozmológiai szimulációval először több száz nagy, haldokló galaxist azonosítottak. Ezután azokat a térbeli mintázatokat keresték, amelyek arra utalnak, hogy a galaxisokban befejeződött a csillagképződés.
Minden galaxist koncentrikus körökkel bontottak szét, és minden darabban megmérték a csillagképződés mértékét. Ennek köszönhetően felismerték a csillagképződési mintázatokat, és négy paramétert határoztak meg ezek azonosítására. Az első azt mutatja meg, hogy milyen nagy térségben történik csillagkeletkezés a galaxis egészéhez képest. A második azt írja le, hogy mennyire koncentrált a csillagkeletkezés, végül a fennmaradó kettő a belső és külső régióban a csillagkeletkezési ráta nagymértékű csökkenéséhez tartozó sugarat jelöli.
„Több módon is számszerűsíthetjük a csillagkeletkezést, de ezek a paraméterek elég érzékenyek arra, hogy megtaláljuk a keresett mintázatokat.” – mondja Lawlor-Forsyth.
A kutatók 1666 galaxist vizsgáltak meg a szimulációban, amelyekből 361-ben a szimuláció végére megszűnt a csillagkeletkezés. Ezek közül 78-ban először a központban, további 185 galaxisban pedig először a peremvidéken állt le az új csillagok születése. A többi kevésbé egyértelmű mintázatot mutatott. A négy paraméter értékei a haldokló galaxisokban jelentősen eltértek a csillagképző galaxisokban mértektől. A csillagászok így a megfigyelések során a négy paraméter mérésével megállapíthatják, hogy egy galaxis haldoklik-e, belülről kifelé vagy kívülről befelé halad-e a csillagkeletkezés leállása, illetve mennyire előrehaladott a folyamat.
„Ez egy jó megközelítés.” – mondja Kevin Bundy (University of California), aki a MANGA galaxisfelmérést vezette. Ez a felmérés közel 10 ezer közeli csillagváros aktivitását figyeli.
„A MANGA felméréshez hasonló megfigyelések határozottan alátámasztják ezeket az útvonalakat.” teszi hozzá Bundy, aki a jelen kutatásban nem vett részt. „Leginkább a belülről kifelé haladó csillapodást látjuk, de talán ennek az az oka, hogy inkább a ritkábban előforduló sűrű környezetekben, például a galaxishalmazokban gyakori a befelé irányuló hatás.” A TNG50 szimuláció nagyobb eséllyel talál ilyen galaxisokat, mint a MANGA-hoz hasonló felmérések.
Belülről kifelé vagy kívülről befelé
A csillaggyárak működését számos folyamat leállíthatja. Ezeket általában két nagy típusba sorolják.
Ha egy galaxis központjában kezd leállni a csillagkeletkezés, azt egy erőteljes energiaforrás jelenléte okozza: a központi szupernagy tömegű fekete lyuk, amely a nagy galaxisok többségében megtalálható. Miközben ezek a fekete lyukak a környező gázból táplálkoznak, nagy mennyiségű energiát bocsátanak ki sugárzás, csillagszél és plazmasugár formájában. Az energia felmelegíti a galaxis központját, vagy teljesen el is hagyhatja a galaxist. Ezért a csillagkeletkezés először a központban áll le, és innen halad a folyamat kifelé. A nagy tömegű, haldokló csillagok csillagszele vagy a szupernóva-robbanásuk szintén hozzájárulhat a bentről kifelé haladó leálláshoz.
Ezzel ellentétben a galaxis környezete kívülről indíthatja be a leállást. Amikor egy galaxis sűrű környezetbe, például galaxishalmazba kerül, a halmaz gázanyagában való mozgás leszakítja róla a gázt. (Mint amikor biciklizünk, és annak ellenére lebeg a hajunk, hogy szélcsend van.) „Végeredményben a gáz a lényeg.” - mondja Lawlor-Forsyth. „Ha felmelegszik, ha leszakad vagy nem hullik be több a galaxisba, akkor leáll a csillagképződés.”
A kutatócsoport azt találta, hogy azok a galaxisok, amelyekben a csillagképződés kívülről befelé áll le, általában kisebb tömegűek, és gyorsan, mindössze 1,5 milliárd év alatt halnak meg. Ez egybevág azokkal a forgatókönyvekkel, ahol az ilyen galaxisok halmazokba hullanak - a kisebb tömegű galaxisok jobban ki vannak téve a halmazok hatásainak. Másrészről a nagyobb tömegűek hajlamosabbak arra, hogy a központjukból kiindulva álljon le bennük a csillagkeletkezés, valószínűleg azért, mert aktív, nagy tömegű fekete lyuk van bennük. Ezek lassabban halnak meg, ami a legnagyobbak esetében akár 3,5 milliárd évet is jelenthet.
A szimulációk és a valóság
Bundy szerint a MANGA-hoz hasonló felméréseknek elméletileg azonosítaniuk kéne a belülről kifelé és a kívülről befelé haladó mintázatot a galaxisokban. Óvatosságra int azonban, mivel a valós adatok járhatnak olyan megfigyelési torzításokkal, amelyeket a szimulációk nem vesznek figyelembe.
A kutatók úgy tervezték meg a méréseket, hogy azok túlmutassanak a szimulációkon, és Lawlor-Forsyth szerint a távcsövek valós adataira támaszkodni „nagyon is megvalósítható”. A kutatók most azon dolgoznak, hogy új méréseket végezzenek a Hubble-űrtávcső által megfigyelt valódi galaxisokon.
Megkönnyebbülés, hogy a Tejútrendszerben a közeljövőben valószínűleg egyik forgatókönyv sem fog megvalósulni. Lawlor-Forsyth szerint a Tejútrendszer központi fekete lyuka, a Sagittarius A* viszonylag csendes, és nem bocsát ki annyi energiát, amennyi a kifelé irányuló leálláshoz szükséges lenne. Mivel nem egy sűrű halmazban található, galaxisunkat nem fenyegeti az a veszély sem, hogy elveszítse a gázt. A Tejútrendszer jövőjében ehelyett egy ütközést látunk néhány milliárd év múlva az Andromeda-galaxissal, ez pedig új csillagkeletkezési hullámot indíthat el még azelőtt, hogy a fények végleg kialudnának benne.
Forrás: https://skyandtelescope.org/astronomy-news/galaxies-dont-die-all-at-once/
Az eredményeket bemutató szakcikk: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae4502
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet