Storoji galaktikos šerdis - greito žvaigždės formavimo nutraukimo rodiklis • Maratas Mussinas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Astrofizika

Storoji galaktikos šerdis – greito žvaigždyno formavimo nutraukimo rodiklis

Pav. 1. Spiralinė galaktika NGC 300, kurioje aktyviai formuojasi žvaigždės. Nuotraukos iš jpl.nasa.gov

Astrofiziologai išnagrinėjo didelį galaktikų pavyzdį raudonojo poslinkio diapazone z nuo 0,5 iki 3 (tai yra tie, iš kurių šviesa atėjo pas mus nuo 5,2 iki 11,6 milijardo šviesmečių). Jie domėjosi, ar žvaigždinės galaktikos pasiskirstymo struktūros ypatybės yra susijusios su žvaigždės formavimo veikla šioje galaktikoje. Paaiškėjo, kad "senosios" galaktikos, kuriose žvaigždės nebėra gimusios, padidėja centrinės dalies tankis. Šis atradimas leidžia palyginti lengvai prognozuoti galaktikos evoliuciją.

Pirmojoje XX a. Pusėje Edvinas Hablas pasiūlė galaktikų klasifikaciją, pagal kurią evoliucijos procese iš pradžių elipsės galaktikos tapo spiralinėmis galaktikais su baru (baru) arba spiralinėmis galaktikomis be juostos. Ši klasifikacija vadinama Hablo seka arba "Hubble" "tuningo šakute" (nes jos grafinis vaizdas primena formos tuningo formą). Vėliau paaiškėjo, kad galaktikų tipai yra daug didesni, o jų evoliucija vyksta kitokia kryptimi: spiralinės galaktikos yra daugiausia jaunos (jos ir toliau formuojanaujos žvaigždės), o elipsės galaktikos paprastai yra negyvos (degina jau seniai susidariusias žvaigždes, o čia nėra naujų).

Norėdami nustatyti galaktikos amžių, galite įvertinti seniausių galaktikų žvaigždžių amžių, tačiau tam reikia jų kažkaip stebėti. Kai mes kalbame apie galaktikus esant reikšmingiems raudoniesiems poslinkiams, amžiaus samprata paprastai yra gana savavališka. (Raudonas poslinkis z = 1 jau gali būti vadinamas reikšmingu: šviesa iš tokio poslinkio pastebimo objekto išsiskleidė, kai Visata buvo maždaug 5,9 milijardų metų, tai yra, kai ji buvo daugiau nei dvigubai jaunesnė; Daugiau informacijos apie raudonąjį poslinkį rasite naujienose Anksčiau, toliau, raudoniau, "Elements", 2006 m. Rugsėjo 19 d.) Mes vadiname jaunąją galaktiką, jei ten dar nėra baigtas žvaigždės formavimo procesas, tai yra, vis dar yra šaltojo vandenilio atsargų, kurios, suspaudus gravitacijos , formuoja žvaigždes. Mes vadiname seną galaktiką, kuri baigėsi vandeniliu. Tuo pačiu metu, matyt, mirusioje galaktikoje gali kilti nauja žvaigždžių formavimo banga. Tai gali būti kitokios priežastys, pavyzdžiui, galaktikos absorbcija iš savo nykštukinio palydovo ar kitoks poveikis, dėl kurio dalelė maišoma galaktikoje. Visa ši žmonija išmoko per pastaruosius 60-80 metų.

Toks pažanga daugiausia siejama su pasikeitimais stebėjimo technikoje: nuo galaktikų šviesos pradėjo nukristi ne astronomo tinklainė, o fotografiniu popieriumi, o vėliau ir CCD, buvo galima tiksliai nustatyti kiekvienos galaktikos spalvas. Pasirodo, spiralinės galaktikos daugiausia yra mėlynos (1 pav.), O tai reiškia, kad jie aktyviai formuoja žvaigždes, o elipsės galaktikos turi raudonos geltonos spalvos (2 pav.), Ty nėra naujų žvaigždžių.

Pav. 2 Elipsinė galaktika ESO 325-G004. Jo gelsva spalva reiškia, kad beveik nėra naujų žvaigždžių. Nuotraukos iš en.wikipedia.org

Galaktikos spalvos ir naujų žvaigždžių formavimosi santykis grindžiamas dviem gerai žinomais dalykais: vyno perkėlimo ir žvaigždės gyvenimo įstatymu pagrindinėje seka (taip pat žr. Hertzsprung-Russell diagramos). Pagal išstūmimo įstatymą, kuo aukštesnis yra visiškai juodos kūno temperatūra (o žvaigždė yra tiktai juodas kūnas), jo spalva bus bluer. Žvaigždelio gyvenimo laikas pagrindinei seka priklauso tik nuo jo masės: sunkesnė (taigi ryškesnė ir karštesnė) žvaigždė greitai ištuštins branduolinį kurą ir pasieks supernovos sprogimą.Taigi, jei stebima galaktika yra melsvos spalvos, vis dar gyvena dabar supergiantai, kurie buvo suformuoti neseniai, ir greičiausiai naujos žvaigždės vis dar gimsta. Tai yra supaprastintas požiūris, neatsižvelgdamas, pavyzdžiui, į tai, kad kai kurios jaunos žvaigždės vis dar gali būti apsuptos dujų ir dulkių sluoksniu, o tai reiškia, kad mes juos matysime kaip didelius intensyvaus infraraudonojo spinduliavimo plotus, tačiau tai vis dėlto yra naudinga suprasti Galaktikos spalvos nustatymo svarba.

Astrofizikos grupės straipsnis, vadovaujamas Guillermo Barro, Kalifornijos universiteto Santa Cruz, parengtas publikuoti Astrofizikinis žurnalas, apibūdina bandymą rasti įrodymų apie galaktikų perėjimą nuo jauno iki senojo. Mes žinome, kad taip atsitinka, kai "galaktikoje" išsisklaidžiusių "rezervuarų" rezervai yra išeikvoti, tačiau galaktikoje didelių raudonų poslinkių negalima tiesiogiai aptikti tokių šaltų debesų, todėl jums reikia rasti antrinių ženklų. Ir toks ženklas, pasak astrofizikos, gali būti žvaigždžių tankis centrinėje galaktikų dalyje.

Pagal šiuo metu priimtiną požiūrį, mūsų Visatoje yra stipri ryšys tarp galaktikos struktūros ir jos gyvenančių žvaigždžių charakteristikų.Visų pirma, žvaigždynų susidarymo greitis (kiek žvaigždžių per metus suformuojasi galaktikoje), galaktikos masė ir morfologija yra tarpusavyje sujungtos: galaktika su aktyvia žvaigždžių formavimu paprastai yra didesnė ir juose yra mažesnis medžiagos masės tankio gradientas (grubiai tariant, medžiaga tolygiai pasiskirsto). Tos pačios masės pasyvios galaktikos yra kompaktiškesnės, o jų Sersik indeksas (parametras, charakterizuojantis, kaip greitai žvaigždžių tankis padidėja link galaktikos centro) paprastai yra didesnis. Galaktikų padėtis grafike su "žvaigždžių formavimo greičio" ašimis – "masė" keičiasi laikui bėgant, tačiau vis dėlto pasidalijimas į dvi klases lieka nepakitęs. Tai rodo, kad tankesnio branduolio buvimas yra tiesiogiai susijęs su žvaigždės formavimo procesu: naujų žvaigždžių formavimas galaktikoje smarkiai sumažėja, kai žvaigždžių tankis centrinėje galaktikos dalyje viršija kritinę vertę.

Darbas prasidėjo tyrus didelį galaktikų pavyzdį, gautą Hablo teleskopu pagal ilgalaikį CANDELS projektą, kurio tikslas – išmatuoti neegzalaktinius objektus near-IR diapazone.Šios galaktikos slypi redshift intervalo 0,5 < z <3, kuris atitinka Universe amžių nuo maždaug 8,5 iki 2,1 mlrd. Metų (arba, lygiagrečiai, šviesa iš šių galaktikų išsiplėtė nuo 5,2 iki 11,6 milijardo metų) – šiuo metu tai buvo procesas labiausiai aktyvi galaktikų formacija ir evoliucija. Visame "CANDELS" projekte daugiausia dėmesio skiriama tokių tolimų (ir Doplerio efekto, raudonos) galaktikų studijoms. Puikus kampinę teleskopo skiriamoji geba "Hablo" teikia žvilgsnis į centrinėje dalyje galaktikos, toli nuo mūsų 21 milijardų šviesmečių (per tam šviesmečių atstumą, gali būti daugiau nei 13,7 mlrd, kuris yra laikomas visatos amžiaus, tai ne klaida, bet pagreitinto visatos ekspansijos pasekmė).

Remiantis turimais kitų teleskopų duomenimis, buvo sudarytas diskretinis spinduliuotės spektrinis tankis, kuris buvo naudojamas nustatyti kiekvienos galaktikos raudonąjį poslinkį, jo masę ir žvaigždžių masę jos centrinėje dalyje spinduliu 1 kiloparseką.

Pav. 3 Spektrografo schema. Tolimos arba mažosios galaktikos spektras daugiausia bus IR regione, prie kurio matricos fotodiodai nėra labai jautrūs. Diagrama iš sites.google.com/site/cpektr2013

Žvaigždžių formavimo greitis negali būti nustatomas tiesioginiu stebėjimu per teleskopą: žvaigždės neparodomos danguje, todėl galite įrašyti dar vieną žymeklį žurnale. Šią vertę galima gauti tik apskaičiuojant vieną ar kitą modelį. Pavyzdžiui, galite sujungti ultravioletinės spinduliuotės duomenis (nuo neseniai susidariusių šviesių jaunų sergiančių) ir infraraudonųjų spindulių (kurių dalis atsirado iš naujai suformuotų žvaigždžių, vis dar apsuptų dulkių ir dujų kokonu) su tam tikrais koeficientais. Paprasta žodžiais, net ir ši pirmoji tyrimo dalis yra ne trivialus: neįmanoma gauti viso radiacijos srauto iš galaktikos į infraraudonųjų spindulių spektrą, nes jo energija jau yra mažesnė negu optinė, ir kai ji suskaidoma į spektrą, spinduliuotė taip pat "išplaunama" per visą CCD matrica, mažesnė už jo jautrumo ribas (3 pav.).

Taigi mokslininkams dar reikėjo taikyti modelius, kurių pagalba jie rekonstravo apytikriai tris Hercelio kosminės observatorijos gaunamus taškus apytiksliai IR spindulių. Šio etapo rezultatas buvo viso pavyzdžio padalijimas į dvi klases: aktyvios mėlynos žvaigždžių formos galaktikos ir pasyviosios raudonos.

Tada visos galaktikos buvo suplanuotos žvaigždžių tankio grafikoje centrinėje galaktikos masės dalyje (4 pav.). Pasibaigus padalijimui į dvi klases. Skirtingos galaktikų rūšys yra skirtingose, aiškiai atskirtose grafiko plokštumos srityse, išskyrus kompaktinių, bet labai aktyvių galaktikų grupę (grafike jie nurodomi žalia taškais). Astrofizikai teigia, kad tai nėra teisės pažeidimas, o tik tam tikro mechanizmo, kuris yra labai greitas žvaigždžių tankio padidėjimas centrinės tokių galaktikų dalyse, poveikis. Šis procesas vadinamas "išspaudimu", ir, pasak autorių, tai yra signalas, kad netrukus nebebus rodomos naujos žvaigždės šioje galaktikoje.

Pav. 4 Žvaigždės žvaigždžių tankio centriniame regione kaip galaktikos masės funkcija skirtingiems raudoniesiems poslinkiams. Mėlyni taškai – galaktika su aktyviu žvaigždės formavimu raudoni taškai – pasyvios galaktikos, žalieji taškai – jaunos aktyvios galaktikos su padidėjusiu tankiu centrinėje dalyje. Svarbu atkreipti dėmesį į ramių galaktikų skaičiaus padidėjimą laikui bėgant: kairėje diagramoje (atitinka Universe amžių maždaug 2,6 milijardo metų), tačiau yra beveik nieko dešinėje pusėje (visatos amžius yra apie 7 milijardus metų), jau yra daugybė. Diagramos iš aptariamo straipsnio

Suspaudimas įvyksta, kai kažkas sulaužė dinamiškai stabilų dalelių pasiskirstymą galaktikoje. Tai galėjo būti galaktikų susidūrimas, galaktikos nykštukų kaimyno įsisavinimas, aktyvios galaktikos branduolio išmetimas, dulkių ir dujų, esančių tarpgalaktinėje terpėje, gravitacinė gaudyklė – šiuo atveju centrinės galaktikos dalies tankis auga labai greitai. Būtent šie procesai greičiausiai sukelia žvaigždinės formacijos silpnėjimą ankstyvojoje Visatoje (5 pav.). Vėliau, kai tokie ekstremalūs procesai jau yra retai, galaktikų centro tankio padidėjimas gali būti susijęs su trivialia trintimi: materija, sukasi į galaktiką savo orbitose, praranda kampinį momentą ir lėtai migruoja į centrą taip, kaip ISS nuolat artėja prie Žemės dėl trinties viršutinėje atmosferoje.

Pav. 5 Bendra galaktikų evoliucijos kryptis. Jauni mėlyni galaktika su mažiau tankiu šerdimi pirmiausia patenka į pereinamąsias "žali" galaktikų klases, kuriose jau yra didelis žvaigždžių tankis centre,bet kurioje vis dar yra žvaigždinės formacijos, tada tampa pasyviosios raudonos galaktikos su ryškia centrine dalimi. Vertikali ašis pažymėjo galaktikos centrinės dalies masę ir jos bendrą masę, horizontaliai – bendra galaktikos masė. Atskirai reikia atkreipti dėmesį į bendrą galaktikų dydžio padidėjimą, mažinant raudoną poslinkį (iš kairės į dešinę) Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio

Taigi, galima sakyti, kad tankus galaktikos branduolys yra būtina sąlyga, kad būtų nutraukta žvaigždžių formacija.

Straipsnio autoriai bandė nustatyti visuotinį galaktikų migracijos įstatymą iš vienos klasės į kitą, kuris veiktų iki raudonojo poslinkio z = 3. Jie sugebėjo parodyti, kad iš tiesų, ne mažiau kaip 6,5 milijardo metų galaktikos įgijo tankią branduolį prieš tai, kai žvaigždės formavimas jose nustojo. Šis procesas yra stabilus, jis nepriklauso nuo pradinės galaktikos masės, amžiaus ar morfologijos. Gautas rezultatas yra labai svarbus: tai leidžia mums netiesioginiais stebėjimais numatyti, kurios galaktikos netrukus baigs formuoti naujas žvaigždes. Prieš mes neturėjome panašių metodų.

Be to, mokslininkai nustatė, kad didėjantis tankis galaktikos centre keičiasi mūsų Visatos evoliucijoje: greita masės augimas centre yra būdingas dideliam raudonajam poslinkiui (tai buvo, kai visata buvo jauni), o dabar tokie įvykiai yra reti ir centrinės dalies "suspaudimas" yra lėtesnis ir sklandesnis, dažnai išsaugant galaktikos disko struktūrą. Pasirodo, kad galaktikų evoliucija ir visos Visatos evoliucija yra glaudžiai susijusios. Šis rezultatas yra dar vienas plys mūsų supratimo apie bendrus įstatymus, kuriais formuojasi ir keičiasi galaktika, kūrimas.

Šaltinis: Guillermo Barro, Sandra M. Faber, David C. Koo, Avishai Dekel, Jerome J. Fang, Jonathan R. Trump, Pablo G. Perez-Gonzalez, Camilla Pacifici, Joel R. Primack, Rachel S. Somerville, Haojing Yan, Yicheng Guo, Fengshan Liu, Daniel Ceverino, Dale D. Kocevski, Elizabeth McGrath. Universali struktūrinė ir žvaigždė formuojanti ryšys nuo z~3: jungiantis kompaktiškas žvaigždines galaktikas ir kompaktišką žvaigždinį formavimą // Straipsnis pateiktas Astrofizikos leidinys.

Maratas Musinas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: