Απογραφή του αόρατου Σύμπαντος με τη βοήθεια των Herschel και Keck

Γαλαξίες με έντονο ρυθμό δημιουργίας αστέρων μέσα στο Σύμπαν

Συνδυάζοντας τις δυνατότητες παρατήρησης του διαστημικού παρατηρητηρίου Herschel της ESA και των επίγειων τηλεσκοπίων Keck, οι αστρονόμοι χαρακτήρισαν εκατοντάδες γαλαξίες με έντονο ρυθμό δημιουργίας αστέρων (στα αγγλικά ονομάζονται starburst galaxies) οι οποίοι δεν είχαν προηγουμένως παρατηρηθεί, αποκαλύπτοντας εξαιρετικά υψηλούς ρυθμούς σχηματισμού αστέρων σε ολόκληρη την ιστορία του Σύμπαντος.
Οι γαλαξίες με έντονο ρυθμό δημιουργίας αστέρων γεννούν κάθε χρόνο εκατοντάδες ηλιακές μάζες άξιες να θεωρηθούν ως αστέρες, κατά τη μικρή διάρκεια έντονων εκδηλώσεων.

Συγκριτικά, ο δικός μας γαλαξίας, γνωστός ως Milky Way, παράγει κατά μέσο όρο το ισοδύναμο ενός μόνο άστρου παρόμοιου με τον Ήλιο, ανά έτος.

Οι γαλαξίες με έντονο ρυθμό δημιουργίας αστέρων παράγουν τέτοια ποσότητα αστρικού φωτός που θα έπρεπε να επισκιάζει το Γαλαξία μας εκατοντάδες έως και χιλιάδες φορές περισσότερο από ότι τελικά συμβαίνει, ωστόσο οι τεράστιες ποσότητες φυσικού αερίου που τους τροφοδοτεί περιέχουν επίσης τεράστια ποσά σκόνης ως αποτέλεσμα του ξέφρενου ρυθμού σχηματισμού αστεριών.

Η σκόνη απορροφά ένα μεγάλο μέρος του ορατού φωτός, που σημαίνει πως πολλοί από αυτούς φαίνονται αρκετά ασήμαντοι σε εκείνο το μέρος του φάσματος.

Παρόλα αυτά, η σκόνη θερμαίνεται από τα γειτονικά θερμά αστέρια και εκπέμπει εκ νέου την ενέργεια σε μήκη κύματος βαθέως-υπερύθρου.

Χρησιμοποιώντας το διαστημικό παρατηρητήριο υπερύθρου Herschel της ESA, οι αστρονόμοι μέτρησαν τη θερμοκρασία και τη φωτεινότητα εκατομμυρίων γαλαξιών που περιείχαν σκόνη. Από αυτές τις μετρήσεις μπόρεσε έπειτα να υπολογιστεί ο ρυθμός σχηματισμού αστέρων για κάθε γαλαξία.

«Οι γαλαξίες με έντονο ρυθμό δημιουργίας αστέρων είναι οι φωτεινότεροι γαλαξίες στο Σύμπαν και συμβάλλουν σημαντικά στον κοσμικό σχηματισμό αστέρων, για το λόγο αυτό είναι σημαντικό να τους μελετήσουμε λεπτομερώς και να κατανοήσουμε τις ιδιότητες τους», λέει ο Δρ Caitlin Casey από το Πανεπιστήμιο της Χαβάης, κύριος συγγραφέας των εργασιών που ασχολούνται με τη συζήτηση των αποτελεσμάτων στο περιοδικό Astrophysical Journal.

«Μερικοί από τους γαλαξίες που βρέθηκαν σε αυτή τη νέα έρευνα έχουν ρυθμούς σχηματισμού αστέρων ισοδύναμους με τη γέννηση αρκετών χιλιάδων αστέρων ηλιακής μάζας το χρόνο, αποτελώντας έτσι μερικούς από τους λαμπρότερους υπέρυθρους γαλαξίες που έχουν ανακαλυφθεί έως σήμερα.»

Για να αποκτήσουν ουσία οι παρατηρήσεις και να κατανοήσουμε πώς ο σχηματισμός των αστέρων έχει αλλάξει κατά τη διάρκεια της ιστορίας των 13.7 δισεκατομμυρίων χρόνων ύπαρξης του Σύμπαντος, οι αποστάσεις των γαλαξιών ήταν επίσης αναγκαίες.

Με το παρατηρητήριο Herschel να σηματοδοτεί το δρόμο, η ομάδα του Δρ Casey χρησιμοποίησε τα φασματόμετρα των δίδυμων 10-μετρων τηλεσκοπίων W.M. Keck που βρίσκονται στο όρος Mauna Kea στη Χαβάη, επιτυγχάνοντας τη λήψη των μετατοπίσεων προς το ερυθρό 767 γαλαξιών επί του συνόλου των γαλαξιών με έντονο ρυθμό δημιουργίας αστέρων.

Οι μετατοπίσεις προς το ερυθρό παρέχουν στους αστρονόμους ένα μέτρο της απόστασης που έχει διανύσει το φως από τον κάθε γαλαξία μέσα στο Σύμπαν, το οποίο με τη σειρά του υποδεικνύει πότε στην κοσμική ιστορία εκπέμφθηκε το φως από τον κάθε γαλαξία.

Για τους περισσότερους γαλαξίες βρέθηκε πως το φως ταξίδευε προς το μέρος μας για 10 δισεκατομμύρια χρόνια ή και λιγότερο.

Περίπου το 5% των γαλαξιών βρίσκονται σε ακόμα μεγαλύτερες μετατοπίσεις προς το ερυθρό που σημαίνει πως το φως τους εκπέμφθηκε όταν το Σύμπαν ήταν μόλις 1-3 δισεκατομμυρίων ετών.

«Τα δεδομένα από το Herschel μας λένε πόσο έντονα και γόνιμα αυτοί οι γαλαξίες παράγουν αστέρια», αναφέρει ο Seb Oliver από το Πανεπιστήμιο του Σάσσεξ στην Αγγλία, και Επικεφαλής Ερευνητής του προγράμματος HerMES Key Programme, στα πλαίσια του οποίου συλλέχθηκαν τα δεδομένα.

«Συνδυάζοντας τις πληροφορίες αυτές με τις αποστάσεις που υπολογίστηκαν από τα δεδομένα Keck, μπορούμε να αποκαλύψουμε τη συνεισφορά των γαλαξιών με έντονο ρυθμό δημιουργίας αστέρων στο συνολικό ποσό των αστεριών που παράγονται καθ’όλη τη διάρκεια της ιστορίας του Σύμπαντος.»

Το πώς σχηματίστηκε ένας τόσο μεγάλος αριθμός γαλαξιών με έντονο ρυθμό δημιουργίας αστέρων κατά τη διάρκεια των πρώτων δισεκατομμυρίων ετών της ύπαρξης του Σύμπαντος αποτελεί ένα ζωτικής σημασίας πρόβλημα σχετικά με τον σχηματισμό των γαλαξιών και τις μελέτες για την εξέλιξη.

Μια από τις επικρατέστερες θεωρίες προτείνει πως η σύγκρουση μεταξύ δύο νεαρών γαλαξιών θα μπορούσε να πυροδοτήσει μια έντονη μικρής διάρκειας φάση σχηματισμού αστεριών.

Μια άλλη θεωρία υποθέτει πως, όταν το Σύμπαν ήταν νεαρό, κάποιοι μεμονωμένοι γαλαξίες είχαν πολύ περισσότερο αέριο στη διάθεσή τους για να τροφοδοτηθούν, γεγονός που επέτρεπε υψηλότερους ρυθμούς σχηματισμού αστεριών χωρίς να είναι αναγκαία η ύπαρξη συγκρούσεων.

«Είναι ένα πολυσυζητημένο θέμα που για την επίλυσή του απαιτούνται λεπτομέρειες σχετικά με το σχήμα και την περιστροφή των γαλαξιών», προσθέτει ο Δρ Casey. «Πριν από τη μελέτη που βασίστηκε στο Herschel, η μεγαλύτερη παρόμοια έρευνα σχετικά με τους μακρινούς γαλαξίες με έντονο ρυθμό δημιουργίας αστέρων περιλάμβανε μόνο 73 γαλαξίες –σε αυτή την έρευνα που γίνεται σε συνδυασμό με δεδομένα Keck με σκοπό να καθοριστούν τα χαρακτηριστικά αυτού του σημαντικού πληθυσμού των γαλαξιών, έχουμε βελτιωθεί κατά ένα παράγοντα πάνω από δέκα», προσθέτει ο Göran Pilbratt, συμμετέχων επιστήμονας του έργου Herschel της ESA.


Πηγή: ESA