Foto: Melissa Weiss/CfA

Úvod do nové metody zkoumání galaxií

Astronomové dosáhli významného průlomu tím, že odhalili životní příběh galaxie daleko za Mléčnou dráhou pomocí jejího chemického složení. Poprvé vědci rekonstruovali celou historii galaxie mimo Mléčnou dráhu pomocí chemických stop. Analyzováním kyslíku napříč NGC 1365 a porovnáním se simulacemi sledovali její růst po dobu 12 miliard let. Zjištění ukazují, jak se její jádro formovalo brzy, zatímco její vnější oblasti byly vybudovány prostřednictvím opakovaných fúzí. Tento nový přístup by mohl změnit způsob, jakým astronomové studují evoluci galaxií.

Autor původního článku: redakce

Rekonstrukce historie galaxie NGC 1365

Umělecký dojem ukazuje obří spirální galaxii NGC 1365, jak se sráží a spojuje s menší doprovodnou galaxií, což podněcuje tvorbu hvězd a přerozděluje plyn a těžké prvky. Použitím nové techniky „vesmírné archeologie“, která čte chemické otisky v plynu galaxie, astronomové rekonstruovali, jak NGC 1365 rostla po dobu 12 miliard let.

Tým astronomů vedený Centrem pro astrofyziku | Harvard a Smithsonian dosáhl prvenství použitím galaktické archeologie k odhalení minulosti galaxie za hranicemi Mléčné dráhy. Tato metoda zkoumá podrobné chemické podpisy ve vesmíru, aby odhalila, jak se galaxie formují a vyvíjejí v průběhu času. Výzkum, publikovaný dnes v Nature Astronomy, představuje nový způsob studia, jak se vzdálené galaxie vyvíjejí, a zakládá nově vznikající obor známý jako „extragalaktická archeologie.“

Mapování NGC 1365 pomocí chemických stop

K provedení studie vědci použili pozorování z průzkumu TYPHOON, shromážděná pomocí dalekohledu Irénée du Pont na observatoři Las Campanas. Zaměřili se na NGC 1365, blízkou spirální galaxii, jejíž široký disk čelí Zemi a nabízí jasný pohled. To umožnilo vědcům přiblížit se a analyzovat jednotlivé oblasti, kde se aktivně tvoří hvězdy.

Mladé, horké hvězdy vyzařují intenzivní ultrafialové záření, které energizuje okolní plyn, vysvětluje Lisa Kewley, hlavní autorka, profesorka na Harvardu a ředitelka Centra pro astrofyziku. Jak se to děje, prvky jako kyslík produkují výrazné, úzké světelné čáry, které lze měřit. Astronomové již vědí, že středy galaxií mají tendenci být bohatší na těžké prvky jako kyslík, zatímco vnější oblasti obsahují méně. Tyto vzory jsou formovány několika procesy, včetně toho, kdy a kde se hvězdy formovaly a explodovaly jako supernovy, jak se plyn pohyboval do galaxie nebo z ní, a interakcemi s jinými galaxiemi v minulosti.

Sledování 12 miliard let evoluce galaxie

Mapováním toho, jak se hladiny kyslíku liší napříč NGC 1365 a porovnáním těchto pozorování s pokročilými simulacemi z projektu Illustris, tým rekonstruoval, jak se galaxie vyvíjela po dobu 12 miliard let. Tyto simulace sledují pohyb plynu, tvorbu hvězd, aktivitu černých děr a chemické změny od krátce po Velkém třesku až do současnosti.

Výzkumníci zkoumali kolem 20 000 simulovaných galaxií a identifikovali jednu, která se úzce shodovala s NGC 1365. Toto srovnání jim umožnilo sestavit pravděpodobnou historii růstu a fúzí galaxie. Jejich zjištění naznačují, že centrální oblast se formovala brzy a rychle se obohatila kyslíkem. Naopak vnější oblasti se postupně budovaly po miliardy let prostřednictvím opakovaných fúzí s menšími trpasličími galaxiemi. Vnější spirální ramena se pravděpodobně formovala nedávno a byla poháněna plynem a hvězdami přinesenými během těchto interakcí.

„Je velmi vzrušující vidět, jak naše simulace tak úzce odpovídají datům z jiné galaxie,“ řekl Lars Hernquist, profesor astrofyziky na Harvardu a astronom CfA. „Tato studie ukazuje, že astronomické procesy, které modelujeme na počítačích, formují galaxie jako NGC 1365 po miliardy let.“

Nový nástroj pro pochopení formace galaxií

Celkově výsledky naznačují, že NGC 1365 začala jako relativně malá galaxie a postupně se rozrostla do masivní spirály prostřednictvím několika fúzí s menšími sousedy. Kewley říká, že práce zdůrazňuje, jak lze chemické podpisy v plynu galaxie použít k odhalení její minulosti, čímž se extragalaktická archeologie stává mocným novým přístupem.

„Tato studie velmi dobře ukazuje, jak můžete produkovat pozorování, která jsou přímo podporována teorií,“ řekla. „Myslím, že to také ovlivní, jak budeme spolupracovat jako teoretici a pozorovatelé, protože tento projekt byl z 50 procent teorie a z 50 procent pozorování, a jedno bez druhého byste nemohli dosáhnout těchto závěrů. Potřebujete obojí, abyste došli k těmto závěrům.“

Co to znamená pro Mléčnou dráhu

Studium galaxií jako NGC 1365, které sdílejí podobnosti s Mléčnou dráhou, může pomoci astronomům určit, zda je historie naší vlastní galaxie typická nebo neobvyklá a lépe pochopit různé cesty, kterými se galaxie mohou vyvíjet.

„Formují se všechny spirální galaxie podobným způsobem?“ ptala se Kewley. „Existují rozdíly mezi jejich formací? Kde je nyní distribuován jejich kyslík? Je naše Mléčná dráha jiná nebo jedinečná v nějakém ohledu? To jsou otázky, na které chceme odpovědět.“