Zespół astrofizyków z Uniwersytetu Kopenhaskiego osiągnął ważny wynik dotyczący populacji gwiazd poza Drogą Mleczną. Wynik może zmienić nasze rozumienie szerokiego zakresu zjawisk astronomicznych, w tym powstawania czarnych dziur, supernowych i przyczyn śmierci galaktyk.
Odkąd ludzie badali niebo, wygląd gwiazd w odległych galaktykach był tajemnicą. W badaniu opublikowanym dzisiaj w The Astrophysical Journal, zespół naukowców z Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie Kopenhaskim pozbywa się wcześniejszej wiedzy o gwiazdach poza naszą własną galaktyką.
Od 1955 roku zakładano, że skład gwiazd w innych galaktykach Wszechświata jest podobny do składu setek miliardów gwiazd w naszym – jest to mieszanina masywnych, średniomasywnych i małomasywnych gwiazd. Jednak dzięki obserwacjom ze 140 000 galaktyk we wszechświecie i szerokiej gamie zaawansowanych modeli zespół przetestował, czy ten sam rozkład gwiazd widocznych w Drodze Mlecznej ma zastosowanie gdzie indziej. Odpowiedź brzmi nie. Gwiazdy w odległych galaktykach są zazwyczaj masywniejsze niż te w naszym „lokalnym sąsiedztwie”. Odkrycie ma duży wpływ na to, co naszym zdaniem wiemy o wszechświecie.
„Masa gwiazd wiele mówi nam astronomom. Jeśli zmienisz masę, zmienisz również liczbę supernowych i czarnych dziur, które powstają z masywnych gwiazd. Jako taki, nasz wynik oznacza, że będziemy musieli zrewidować wiele rzeczy kiedyś przypuszczaliśmy, ponieważ odległe galaktyki wyglądają zupełnie inaczej niż nasze własne” – mówi Albert Sneppen, doktorant w Instytucie Nielsa Bohra i pierwszy autor badania.
Przeanalizowane światło ze 140 000 galaktyk
Badacze założyli, że rozmiar i waga gwiazd w innych galaktykach była podobna do naszej przez ponad pięćdziesiąt lat, z tego prostego powodu, że nie byli w stanie obserwować ich przez teleskop, tak jak w przypadku gwiazd naszej własnej galaktyki.
Odległe galaktyki są oddalone o miliardy lat świetlnych. W rezultacie tylko światło z ich najpotężniejszych gwiazd dociera do Ziemi. Od lat jest to ból głowy dla naukowców na całym świecie, ponieważ nigdy nie byli w stanie dokładnie wyjaśnić, w jaki sposób rozmieszczone są gwiazdy w innych galaktykach, niepewność, która zmusiła ich do uwierzenia, że są one rozmieszczone podobnie jak gwiazdy w naszej Drodze Mlecznej.
„Byliśmy w stanie zobaczyć tylko wierzchołek góry lodowej i od dawna wiedzieliśmy, że oczekiwanie, że inne galaktyki będą wyglądały jak nasze, nie było szczególnie dobrym założeniem. Jednak nikt nigdy nie był w stanie udowodnić, że inne galaktyki Galaktyki tworzą różne populacje gwiazd.To badanie pozwoliło nam właśnie to zrobić, co może otworzyć drzwi do głębszego zrozumienia powstawania i ewolucji galaktyk” – mówi profesor nadzwyczajny Charles Steinhardt, współautor badania.
W ramach badania naukowcy przeanalizowali światło ze 140 000 galaktyk, korzystając z katalogu COSMOS, dużej międzynarodowej bazy danych zawierającej ponad milion obserwacji światła z innych galaktyk. Galaktyki te są rozmieszczone z najbliższego do najdalszego zakątka wszechświata, z którego światło przeszło pełne dwanaście miliardów lat, zanim było możliwe do zaobserwowania na Ziemi.
Masywne galaktyki umierają jako pierwsze
Zdaniem naukowców nowe odkrycie będzie miało wiele implikacji. Na przykład pozostaje nierozstrzygnięte, dlaczego galaktyki umierają i przestają tworzyć nowe gwiazdy. Nowy wynik sugeruje, że można to wyjaśnić prostym trendem.
„Teraz, gdy jesteśmy w stanie lepiej rozszyfrować masę gwiazd, możemy zobaczyć nowy wzór; najmniej masywne galaktyki nadal tworzą gwiazdy, podczas gdy bardziej masywne galaktyki przestają rodzić nowe gwiazdy. Sugeruje to niezwykle uniwersalny trend śmierci galaktyk” – podsumowuje Albert Sneppen.
Badania przeprowadzono w Cosmic Dawn Center (DAWN), międzynarodowym ośrodku badań podstawowych astronomii wspieranym przez Duńską Narodową Fundację Badawczą. DAWN to efekt współpracy między Instytutem Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze a DTU Space na Uniwersytecie Technicznym w Danii.
Centrum zajmuje się zrozumieniem, kiedy i jak powstały i ewoluowały pierwsze galaktyki, gwiazdy i czarne dziury we wczesnym Wszechświecie, poprzez obserwacje przy użyciu największych teleskopów oraz prace teoretyczne i symulacje.
O badaniu
Funkcja empiryczna używana do opisania rozkładu mas populacji gwiazd jest znana jako IMF — funkcja masy początkowej. Obejmuje rozkład gwiazd o małej masie, średniej masie i masywnych, które astronomowie zaobserwowali w całej Drodze Mlecznej. Historycznie naukowcy pracowali przy założeniu, że MFW jest uniwersalny i ma zastosowanie również do innych galaktyk we wszechświecie. W swojej analizie galaktyk naukowcy przyjrzeli się, ile galaktyk świetlnych emitują na różnych długościach fal. Duże masywne gwiazdy są niebieskawe, podczas gdy małe i małomasywne gwiazdy są bardziej żółte lub czerwone. Oznacza to, że porównując rozkład kolorów niebieskiego i czerwonego w galaktyce, można zmierzyć rozkład dużych i małych gwiazd. Naukowcy przyjrzeli się bliżej 140 000 galaktykom rozmieszczonym we wszechświecie z ostatnich 12 miliardów lat historii wszechświata. Wyniki pokazują, że gwiazdy w odległych galaktykach są zazwyczaj bardziej masywne niż te w naszych lokalnych sąsiedztwach i że im dalej badacze spoglądają, tym masywniejsze stają się przeciętne gwiazdy.