Οι συγχωνεύσεις μεγάλων γαλαξιών πυροδότησαν μια φάση έντονου σχηματισμού αστέρων πριν 7 δισεκατομμύρια χρόνια

Πηγή: Nature, 2 Ιανουαρίου 2008

Η αναδημιουργία του τρόπου που συγχωνεύονται οι γαλαξίες είναι ζωτικής σημασίας για να κατανοήσουμε την εξέλιξη τους. Μια νέα έρευνα που έγινε από αστροφυσικούς του Νότιγχαμ θα μπορούσε να βοηθήσει όχι μόνο σε αυτό αλλά και στην επίλυση ενός άλλου προβλήματος, που συζητείται εδώ και δεκαετίες, για το αν οι φάσεις έντονου σχηματισμού αστέρων, δηλαδή μια ομοβροντία αστρογενέσεων, προκαλούνται από μεγάλης κλίμακας γαλαξιακές συγχωνεύσεις ή από διεργασίες στο εσωτερικό των γαλαξιών ξεχωριστά.

Αριστερά: Εικόνα του Hubble που δείχνει δύο σπειροειδείς γαλαξίες - NGC 6050 και IC 1179 - σε φάση σύγκρουσης. Οι γαλαξίες ανήκουν στο γαλαξιακό σμήνος του Ηρακλή. Σχεδόν όλοι οι μεγάλοι γαλαξίες έχουν υποστεί τουλάχιστον μια σημαντική συγχώνευση, από την εποχή που το Σύμπαν ήταν 6 δισ. ετών, σύμφωνα με τη μεγαλύτερη έρευνα που έγινε μέχρι σήμερα για τη δομή και το σχήμα των γαλαξιών.

Στην έρευνα χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble για τη μελέτη 21.902 μεγάλων γαλαξιών που ξεκίνησαν την εμφάνισή τους όταν το Σύμπαν - που τώρα είναι περίπου 13,7 δισεκατομμυρίων ετών - ήταν μεταξύ 5,2 δισ. και 11,2 δισ. ετών.

Οι συγχωνεύσεις των γαλαξιών τείνουν να προσδώσουν στους γαλαξίες μια ασύμμετρη και άμορφη εμφάνιση, και, με βάση μια υπολογιστική ανάλυση αυτών των χαρακτηριστικών ο αστροφυσικός Christopher Conselice στο Πανεπιστήμιο του Νότιγχαμ βρήκε στοιχεία για τουλάχιστον 2000 συγχωνεύσεις κατά τη διάρκεια αυτής της εποχής.

Διαπιστώθηκε επίσης η στενή αντιστοιχία μεταξύ του χρονοδιαγράμματος της συγχώνευσης και των φαινομένων έντονης αστρογένεσης.  Ο Conselice προσθέτει ότι αποκαλύφθηκε μια σημαντική μείωση των συγχωνεύσεων, όταν το Σύμπαν ήταν περίπου 7 δισεκατομμυρίων ετών, και αυτό συμπίπτει με την εποχή που είχε εντοπιστεί μια μείωση σχηματισμού νέων άστρων.

Επειδή κάθε ένας από τους γαλαξίες είχε αποτυπωθεί σε μία μόνο στιγμή της εξέλιξής τους, η επιστημονική ομάδα προέκτεινε τα πορίσματά της για να συμπεράνει πως όλοι σχεδόν οι γαλαξίες έχουν υποβληθεί σε μια τουλάχιστον συγχώνευση μέχρι σήμερα.

Αστρικά εργοστάσια

Οι γαλαξίες μπορούν να φτιάξουν αστέρια όχι μόνο με τα δικά τους εσωτερικά αποθέματα αερίου, αλλά και αέριο που υπάρχει σε ένα άλλο γαλαξία όταν αυτός είναι σε φάση σύγκρουσης μαζί τους. Στο σημερινό Σύμπαν οι μεγάλες συγκεντρώσεις αερίου είναι σπάνιες. Όμως στο παρελθόν, λέει ο Conselice, οι συγκεντρώσεις αυτές είχαν δημιουργήσει κατάλληλες συνθήκες για φάσεις έντονου σχηματισμού νέων άστρων, σε ρυθμό περίπου 200 ηλιακές μάζες ανά έτος - δηλαδή 100 φορές τον ρυθμό αστρογέννεσης στον δικό μας Γαλαξία.

"Οι συγχωνεύσεις αυτές αλλάζουν ριζικά τη δομή και τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσονται αυτοί οι γαλαξίες", αναφέρει ο Conselice. "Δύο γαλαξίες πλούσιοι σε αέριο συγκρούονται και τα νέφη του αερίου τους, φτιάχνοντας με αυτό τον τρόπο νέα αστέρια."

Τα αποτελέσματα, τα οποία δημοσιεύονται στο Monthly Notices της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας, βασίζονται σε πάνω από επτά φορές τον αριθμό των γαλαξιών που περιλαμβάνονται στην πιο πρόσφατη μελέτη που έγινε.

Ωστόσο, ορισμένοι αστρονόμοι λένε ότι δεν είναι ακόμη σαφές πως οι συγχωνεύσεις είναι η αιτία των έντονων φάσεων σχηματισμού νέων άστρων. "Το αν οι μακρινοί γαλαξίες που φαίνονται να έχουν ασύμμετρο σχήμα οφείλεται σε συγχωνεύσεις, ή σε ανώμαλα κατανεμημένες θέσεις όπου συμβαίνει έντονος σχηματισμός αστέρων, είναι πολύ δύσκολο να προσδιοριστεί," λέει ο αστρονόμος του Πανεπιστημίου του Yale Pieter van Dokkum.

Ο δε Mark Dickinson, αστρονόμος στο Αστεροσκοπείο του Tucson της Αριζόνας, σημειώνει ότι τώρα υπάρχουν αποδείξεις ότι οι υψηλοί ρυθμοί σχηματισμού άστρων  λαβαίνουν χώρα κατά τη διάρκεια εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών και όχι μόνο σε 10 εκατ. έτη. "Εάν οι ριπές σχηματισμού άστρων οδηγήθηκαν από συγχωνεύσεις, τότε θα ήταν αναμενόμενο τα 10 εκατ. έτη", πιστεύει ο Dickinson.

Ο Conselice βέβαια ελπίζει ότι αν έχει περισσότερα δεδομένα θα ενισχύσουν την υπόθεσή του. Γι αυτό λέει ότι το επόμενο βήμα θα είναι μια παρόμοια ανάλυση με τη βοήθεια δεδομένων από τη μελλοντική κάμερα Wide Field Camera 3 του Hubble, το οποίο πρόκειται να εγκατασταθεί το Μάιο του 2009. Θα λειτουργεί στο υπέρυθρο φάσμα και θα συλλέγει φως από τις πιο αρχαίες εποχές της ιστορίας του Σύμπαντος.

Εν συνεχεία θα γίνουν παρατηρήσεις από το διάδοχο τηλεσκόπιο του Hubble, το James Webb Space Telescope, που θα εκτοξευτεί το 2013.

Πού ξέρουμε ότι σχηματίζονται τα άστρα;

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι τα άστρα σχηματίζονται μέσα σε καταρρέοντα από τη βαρύτητα νέφη ψυχρού αερίου υδρογόνου. Αυτό το αέριο είναι κυρίως μοριακό υδρογόνο, με δύο άτομα υδρογόνου να συνδέονται μαζί. Βέβαια τα νέφη αυτά είναι πολύ δύσκολο να τα δούμε επειδή η γήινη ατμόσφαιρα απορροφά ένα μεγάλο μέρος του φωτός που ακτινοβολούν. Εντούτοις, ένα άλλο αέριο, το μονοξείδιο του άνθρακα που είναι πάντα μαζί του μπορεί να παρατηρηθεί εύκολα από τη Γη. 

Ο σχηματισμός των άστρων όπως είπαμε πραγματοποιείται σε ψυχρά νέφη αερίου, με θερμοκρασίες κάτω από -220 C ή 50 Κ. Μόνο σε αυτές τις περιοχές με το πυκνό αέριο μπορεί η βαρύτητα να οδηγήσει σε μια κατάρρευση του αερίου και ως εκ τούτου στο σχηματισμό νέων άστρων.

Τα ψυχρά νέφη αερίου στους γαλαξίες αποτελούνται κατά προτίμηση από το μοριακό υδρογόνο, H₂. Αυτό το μόριο εκπέμπει μια ασθενή φασματική γραμμή στο υπέρυθρο εύρος της ζώνης του φάσματος που δεν μπορεί να παρατηρηθεί από τα γήινα τηλεσκόπια, επειδή η ατμόσφαιρα απορροφά αυτήν την ακτινοβολία. Όμως το μόριο που βρίσκεται πάντα κοντά στο υδρογόνο, δηλαδή το μονοξείδιο άνθρακα, παρατηρείται εύκολα γιατί έχει μια έντονη φασματική γραμμή σε μήκος κύματος των 2,6 mm. Αυτό μπορεί να παρατηρηθεί με τα ραδιοτηλεσκόπια που είναι τοποθετημένα σε περιοχές ευνοϊκές: όπως σε υψηλά και χωρίς υγρασία βουνά, στην έρημο ή στο Νότιο Πόλο. Στο κοσμικό διάστημα το μονοξείδιο του άνθρακα είναι ένας δείκτης των ευνοϊκών όρων για το σχηματισμό των νέων αστεριών και των πλανητών.