Oamenii de ştiinţă au fost nedumeriţi de galaxiile masive din Universul foarte timpuriu, cu aproximativ 3 miliarde de ani după Big Bang, care erau deja bătrâne şi nu mai formau stele noi. În prezent, noile cercetări efectuate de Niels Bohr Institute arată, printre altele, că aceste galaxii masive s-au format în urma unui proces exploziv de formare a stelelor care a fost provocat de coliziunea galaxiilor care a avut loc cu câteva miliarde de ani după evenimentul Big Bang. Rezultatele sunt publicate în revista ştiinţifică Astrophysical Journal.
Galaxiile sunt aglomerări uriaşe de stele, gaz şi materie întunecată. Cele mai mici galaxii conţin câteva milioane de stele, pe când cele mai mari galaxii pot conţine mai multe sute de miliarde de stele. Primele stele au apărut în Universul foarte timpuriu, cu aproximativ 200 de milioane de ani după Big Bang, ele fiind formate din hidrogen şi heliu. Gazul este materia primă necesară pentru formarea stelelor. Norii giganţi de gaz şi praf se contractă şi, în consecinţă, gazul devine atât de comprimat, încât presiunea încălzeşte materia şi provoacă apariţia unor sfere luminoase de gaz. Astfel s-au format primele stele. Acestea, la rândul lor, s-au aglomerat în galaxii. Primele galaxii au fost un fel de galaxii copil. Atâta timp cât există gaz într-o galaxie se formează noi stele.
Această reprezentare grafică compară dimensiunea galaxiilor extrem de compacte din Universul timpuriu cu dimensiunea galaxiei noastre, Calea Lactee. Cele două tipuri de galaxii au un număr aproximativ egal de stele, ceea ce înseamnă că densitatea de stele din galaxiile compacte este de aproximativ 10 ori mai mare decât în cazul galaxiei Calea Lactee. Cercetătorii au descoperit modul prin care s-au format aceste galaxii extreme. Credit: NASA, European Space Agency şi S. Toft og A. Feild.
Mistere din Universul timpuriu
Astronomii cred că structura Universului a fost construită de galaxiile copil care treptat au devenit tot mai mari şi mai masive prin formarea, în mod constant, de noi stele şi prin coliziunea cu galaxiile învecinate. În acest fel s-au format galaxii noi, mai mari. Prin urmare, se crede că cele mai mari galaxii din Universul de azi s-au aflat într-un proces de creştere care s-a desfăşurat pe întreaga durată de viaţă a Universului.
Această reprezentare grafică arată procesul de creştere a galaxiilor eliptice masive de-a lungul a 13 miliarde de ani, aşa cum rezultă pe baza observaţiilor astronomice realizate cu ajutorul telescoapelor amplasate la sol sau în spaţiul cosmic. Creşterea acestei clase de galaxii se datorează procesului rapid de formare de noi stele şi fuziunii cu alte galaxii. Credit: NASA, ESA, S. Toft (Niels Bohr Institute) şi A. Feild (STScI).
„Acesta este motivul pentru care am fost surprinşi să descoperim că atunci când Universul avea o vârstă de doar 3 miliarde de ani existau galaxii care erau la fel de masive ca marile galaxii spirale de azi şi cele mai mari galaxii eliptice, care sunt giganţii din universul local. Chiar mai surprinzător, stelele din aceste galaxii timpurii erau adunate într-o zonă foarte mică, astfel încât mărimea acestor galaxii era de trei ori mai mică decât galaxiile din prezent ce au o masă similară. Aceasta înseamnă că densitatea de stele a fost în cazul galaxiilor timpurii de 10 ori mai mare decât în cazul galaxiilor din prezent. Mai mult, galaxiile erau deja moarte, deoarece acestea nu mai formau stele noi. Acesta a fost un mare mister", explică Sune Toft de la Dark Cosmology Centre al Niels Bohr Institute din cadrul University of Copenhagen.
Galaxiile extrem de masive şi de compacte nu au fost reprezentate de galaxiile spirale aplatizate în care stelele şi gazul cosmic se rotesc în jurul centrului galactic. Ele semănau mai degrabă cu galaxiile eliptice, în care stelele se deplasează în diferite direcţii şi în care gazul necesar pentru formarea de noi stele a fost deja consumat. Dar cum au putut deveni aceste galaxii atât de masive şi lipsite de gaz atât de devreme? Cum s-au format acestea?
Dezlegarea misterului
Pentru a afla ce s-a întâmplat, Sune Toft a trebuit să privească cât mai departe în trecut. Pe baza vârstei galaxiilor ştim că acestea s-au format foarte devreme în istoria Universului, dar s-a constat că atunci nu a existat, pur şi simplu, timpul necesar pentru ca galaxiile să devină atât de masive printr-un proces obişnuit de formare a stelelor. A existat o teorie care susţinea că galaxiile masive s-au formate prin fuziunea unor galaxii mai mici, dar ea nu putea explica cum acestea au devenit atât de masive atât de repede şi de ce erau deja moarte. Prin urmare, s-a presupus că în procesul de formare al acestor galaxii au fost implicate unele galaxii extreme.
„Am studiat galaxiile care existau atunci când Universul avea o vârstă cuprinsă între 1 şi 2 miliarde de ani. Teoria mea susţine că au existat unele galaxii cu proprietăţi foarte specifice care au făcut parte din procesul de formare al acestora, ceea ce m-a făcut să mă concentrez asupra galaxiilor speciale SMG, care sunt caracterizate de un proces intens de formare a stelelor care este ascuns sub o pătură groasă de praf", explică Sune Toft.
El explică faptul că, atunci când aceste galaxii bogate în gaz s-au ciocnit, tot gazul din ele s-a îndreptat către centrul sistemului, ceea ce a declanşat un proces intens de formare a unor noi stele. O mulţime de stele noi au apărut în centru şi galaxia a devenit rapid foarte compactă. Prin acest proces exploziv de formare a stelelor, gazul necesar pentru formarea de noi stele este, de asemenea, utilizat extrem de rapid şi în consecinţă galaxia rămâne fără gaz.
„Am descoperit că a existat o legătură directă între evoluţia a două dintre cele mai extreme tipuri de galaxii pe care le avem în Univers, adică între cele mai îndepărtate galaxii cu cea mai mare rată de formare a stelelor care s-au format la scurt timp după Big Bang şi galaxiile extrem de compacte, moarte, pe care le vedem mai târziu cu 1-2 miliarde de ani", spune Sune Toft.
Noul proiect de cercetare vine aşadar cu o descoperire importantă în ceea ce priveşte procesul de formare al galaxiilor extrem de masive şi a galaxiilor moarte din Universul timpuriu.
Traducere de Cristian-George Podariu după universe-early-galaxies-grew-massive, cu acordul Phys.org.
