Obří galaxie umírají zevnitř

Snímek v úvodu: Dnes téměř mrtvé galaxie před miliardami let překypovaly hvězdotvorbou. Vědcům pracujícím s dalekohledy ESO/VLT a NASA/ESA/HST se podařilo odhalit, že 3 miliardy let po velkém třesku tyto galaxie stále vytvářely hvězdy v okrajových částech svých disků, ale už ne ve svých centrech. Ustávání vzniku hvězd pravděpodobně začalo v jádrech galaxií a postupně se rozšířilo do vnějších oblastí. Diagram ilustruje tento proces. Galaxie v mladém vesmíru jsou zobrazeny vlevo. Modré oblasti jsou místa, kde dochází k formování hvězd, červená místa jsou ‚mrtvá‘ a vyskytují se zde pouze staré hvězdy, mladé modré hvězdy zde již nevznikají. Výsledkem jsou obrovské sféroidální galaxie v současném vesmíru (na diagramu vpravo).

Pozorování dalekohledů VLT a HST ukazují, že tvorba hvězd v eliptických galaxiích utichá od středu

Velká astrofyzikální záhada se týká způsobu, jakým hmotné a klidné eliptické galaxie, běžné v současném Vesmíru, zastavily svou druhdy bouřlivou tvorbu hvězd. Hustota hvězd v centrálních oblastech těchto ohromných galaxií, někdy kvůli tvaru nazývaných také sféroidy (spheroids), je typicky desetkrát vyšší než v naší domovské Galaxii, Mléčné dráze. Celková hmotnost eliptické galaxie je také asi desetkrát vyšší než hmotnost Mléčné dráhy.

Astronomové označují tyto velké galaxie jako 'červené a mrtvé', protože obsahují velké množství starších červených hvězd, postrádají mladé modré hvězdy a nevykazují žádné známky tvorby hvězd. Z odhadovaného stáří červených hvězd usuzujeme, že tvorba hvězd v domovských galaxiích ustala před asi deseti miliardami let. Tento útlum začal přímo v době vrcholu tvorby hvězd ve Vesmíru, kdy se v mnoha galaxiích stále rodily hvězdy rychlostí dvacetkrát převyšující dnešní rychlost.

"Hmotné mrtvé sféroidy obsahují okolo poloviny všech hvězd, které kdy ve Vesmíru vznikly," říká Sandro Tacchella z ETH (ETH Zurich, Švýcarsko), hlavní autor článku. "Nemůžeme tvrdit, že víme, jak se Vesmír vyvíjel a jak se stal takovým, jaký ho dnes pozorujeme, dokud nepochopíme, jak vznikly tyto galaxie."

Tacchella a jeho kolegové pozorovali 22 galaxií o různých hmotnostech, jejichž stáří se pohybovalo kolem tří miliard let [1]. Přístroj SINFONI na dalekohledu ESO VLT měřil světlo z těchto galaxií a přesně určil, kde v nich vznikají nové hvězdy. SINFONI dokázala provést toto detailní pozorování díky adaptivní optice, která z větší části odstraňuje rozmazávací vliv zemské atmosféry.

Vědci také použili Hubbleův kosmický dalekohled (NASA/ESA Hubble Space Telescope) na stejný vzorek galaxií. Využili toho, že je umístěn mimo atmosféru a její vliv. Kamera WFC3 na HST pořídila obrázky v blízké infračervené oblasti a ukázala rozložení starších hvězd v galaxiích s aktivně probíhající tvorbou hvězd.

"Úžasné je, že systém adaptivní optiky na SINFONI může téměř odstranit projevy atmosféry a získat informace o místech, kde vznikají nové hvězdy. A dokáže to udělat s naprosto stejnou přesností, s jakou Hubble může určit rozdělení hmotností hvězd," komentuje Marcella Carollo, také z ETH Zurich, spoluautorka studie.

Podle nových dat zkoumané nejhmotnější galaxie vytrvale tvořily hvězdy na svých periferiích. V hustých centrálních částech (v cenrtální výduti galaxií) ale tvorba hvězd už ustala.

"Vyhasínání tvorby hvězd v hmotných galaxiích směrem zevnitř ven, jak jsme zde prokázali, by mohlo osvětlit skryté mechanismy, které jsou za to zodpovědné a o kterých astronomové již dlouho diskutují," říká Alvio Renzini, Padova Observatory (Italian National Institute of Astrophysics).

Nejrozšířenější teorie předpokládá, že materiál vhodný k tvorbě hvězd je rozhozen do okolí proudy energie uvolnované supermasivní černou dírou v centru galaxie při pohlcování hmoty. Jiný způsob, jak galaxii obrat o materiál na nové hvězdy a přeměnit ji na červenou a mrtvou, je zastavit přítok čerstvého plynu do galaxie.

"Je mnoho různých teorií popisujících fyzikální mechanismy, které vedou ke smrti hmotných sferoidů," říká spoluautorka článku Natascha Förster Schreiber (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Německo). "Objev počátku ustávání tvorby hvězd v centru galaxií a jeho posouvání směrem ven, je velmi důležitým krokem k pochopení toho, proč Vesmír dnes vypadá tak, jak vypadá."

Poznámky

[1] Stáří Vesmíru je odhadováno na 13,8 miliardy roků. Tacchelo a jeho kolegové pozorovali vybrané galaxie v období 3 miliardy let po velkém třesku, tedy v době, kdy jim bylo téměř o 11 miliard let méně než dnes.

Další informace

Výsledky výzkumu byly publikovány v článku s názvem 'Evidence for mature bulges and an inside-out quenching phase 3 billion years after the Big Bang' autorů S. Tacchella et al., který byl publikován v časopise Science, 17/4/2015.

Složení týmu: Sandro Tacchella (ETH Zurich, Švýcarsko), Marcella Carollo (ETH Zurich), Alvio Renzini (Italian National Institute of Astrophysics, Padua, Itálie), Natascha Förster Schreiber (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Německo), Philipp Lang (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik), Stijn Wuyts (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik), Giovanni Cresci (Istituto Nazionale di Astrofisica), Avishai Dekel (The Hebrew University, Izrael), Reinhard Genzel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik a University of California, Berkeley, Kalifornie, USA), Simon Lilly (ETH Zurich), Chiara Mancini (Italian National Institute of Astrophysics), Sarah Newman (University of California, Berkeley, Kalifornie, USA), Masato Onodera (ETH Zurich), Alice Shapley (University of California, Los Angeles, USA), Linda Tacconi (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Německo), Joanna Woo (ETH Zurich) and Giovanni Zamorani (Italian National Institute of Astrophysics, Bologna, Itálie).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Soňa Ehlerová; překlad; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: sona@ig.cas.cz

Sandro Tacchella; ETH Zurich; Zurich, Switzerland; Tel.: +41 44 633 6314; Mobil: +41 76 480 7963; Email: sandro.tacchella@phys.ethz.ch

Marcella Carollo; ETH Zurich; Zurich, Switzerland; Tel.: +41 797 926 581; Email: marcella@phys.ethz.ch

Richard Hook; ESO, Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva na ESO.org