Czy gwiazdy w galaktykach powstają w następstwie gwałtownych i burzliwych połączeń czy raczej w toku bardziej stabilnych i łagodnych procesów? Dzięki analizie tysięcy galaktyk z ostatnich 11 mld lat historii kosmosu, prowadzonej przez obserwatorium kosmiczne Herschela Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), astronomowie po raz pierwszy byli w stanie odpowiedzieć na to nurtujące od dawna pytanie.

Uruchomione w maju 2009 r. obserwatorium kosmiczne Herschela to czuły, submilimetrowy teleskop dalekiej podczerwieni potrafiący wykryć i rozpoznać światło z niemal niewidocznych galaktyk, pochodzące z czasów od powstawania pierwszych galaktyk po dzień dzisiejszy. Gromadzenie danych rozpoczęto w lipcu tego samego roku, a na nowych zdjęciach widać powstawanie gwiazd w odległych galaktykach.

Gwiazdy zaczynają powstawać wewnątrz obłoków gazu i pyłu, w gęstych kokonach pyłowych, które chronią je do momentu "wyklucia". W jądrze będącym zaczątkiem gwiazdy, czyli we wspomnianym kokonie, siła ciążenia przyciąga gaz i pył do środka skupiska. To powoduje ogrzewanie się gazu, którego ciepło promieniuje w kosmos, zanim zarodek gwiezdny zakończy proces zapadania się i ostatecznego formowania.

W dzisiejszych galaktykach gwiazdy powstają w tempie raczej nieśpiesznym - przynajmniej tak wywnioskowali astronomowie na podstawie obserwacji galaktyk w obecnym wszechświecie. Od czasu do czasu interakcje między potężnymi galaktykami mogą wywołać intensywne procesy powstawania gwiazd, powodując znacznie szybszy wzrost liczby gwiazd.

Ale jak to wyglądało w przeszłości? Czy galaktyki doświadczały okresów wzmożonego powstawania gwiazd, czy też zawsze tworzyły gwiazdy w równym i spokojnym tempie? Dzięki dużemu teleskopowi i widmowemu zasięgowi, który obejmuje bardzo długie fale, obserwatorium kosmiczne Herschela umożliwiło astronomom zajrzenie w odległą przeszłość wszechświata i zebranie nowych wskazówek, które mogą pomóc odpowiedzieć na te pytania. Dr David Elbaz z Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) w Saclay we Francji wraz ze współpracownikami przeanalizował dane z Herschela i odkrył, że zderzenia galaktyk odegrały zaledwie poślednią rolę w doprowadzaniu do narodzin gwiazd w przeszłości - mimo iż przypadki połączeń były powszechniejsze we wczesnej historii wszechświata niż w nowszych epokach.

"Jedynie w tych galaktykach, które nie mają jeszcze dużych ilości gazu, potrzebne są kolizje, aby dostarczyć gaz i doprowadzić do wysokiego tempa powstawania gwiazd" - wyjaśnia dr Elbaz. "Galaktyki, które bardzo sprawnie tworzą gwiazdy są w większości rozbudowaną wersją 'zwykłych' galaktyk, takich jak nasza Droga Mleczna."

Badania oparły się na najgłębszych zdjęciach - wykonanych przez obserwatorium Herschela - obszarów GOODS (Great Observatories Origins Deep Survey), dwóch starannie dobranych fragmentów nieba północnego i południowego. Idealnie nadają się do badania ewolucji galaktyk, ponieważ nie ma na nich żadnych jasnych gwiazd i nie są zanieczyszczone silnymi emisjami pochodzącymi z Drogi Mlecznej. Astronomowie przyjrzeli się relacji między całkowitą wydajnością poczerwieni galaktyk, która ujmuje ilościowo aktywność związaną z powstawaniem gwiazd, a pomiarem emisji podczerwieni na długości fal około 8 µm. Ta ostatnia, ze względu na bogate w węgiel ziarna pyłu zapełniające ośrodek międzygwiazdowy, jest dobrym wskaźnikiem przestrzennego zasięgu regionów powstawania gwiazd.

Wyniki badań pokazały, że większość galaktyk (około 80%) wykazuje ścisłą korelację tych dwóch wskaźników podczerwieni, niezależnie od odległości, jaka je od nas dzieli czy ich całkowitej jasności. Z drugiej strony wkład procesów łączenia się w powstawanie gwiazd we wszechświecie był pomniejszy, gdyż odpowiada zaledwie za około 20% źródeł wszystkich zbadanych fragmentów nieba.

"Herschel został zaprojektowany do badania historii powstawania gwiazd w skali czasu kosmicznego" - komentuje Göran Pilbratt, naukowiec pracujący nad projektem Herschel z ramienia ESA. Debata nad rolą procesów łączenia się w powstawaniu gwiazd toczy się od dziesiątek lat, a "te nowe obserwacje mogą teraz zmienić nasze postrzeganie historii wszechświata" - podsumowuje.

© Unia Europejska 2005 - 2011

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Elbaz, D. et al. (2011): 'GOODS-Herschel: an infrared main sequence for star-forming galaxies', Astronomy & Astrophysics, publikacja internetowa z dnia 13 września 2011 r. DOI: 10.1051/0004-6361/201117239.

Fot. ESA-AOES Medialab