„Martwa” gromada galaktyk ponownie tworzy gwiazdy. Nikt nie wie dlaczego

W tym artykule:

1. Jasne jądro gromady galaktyk
2. Rola supermasywnych czarnych dziur
3. Problem chłodzenia gazu

Gromada Feniks znajduje się w odległości ok. 5,8 miliarda lat świetlnych od nas. Ze względu zarówno na swój wiek, jak i rozmiar, jej procesy gwiazdotwórcze powinny być już zakończone. Wiele gromad galaktyk posiada obszar gorącego gazu w ośrodku wewnątrzgromadnym (ICM). W typowej galaktyce gaz ten ochładza się i zasila proces formowania się gwiazd. Wszystko dlatego, że formowanie się gwiazd wymaga zimnego, gęstego gazu.

Gorący gaz opiera się zapadaniu w gwiezdne rdzenie, które stają się protogwiazdami, a następnie gwiazdami ciągu głównego. Stare galaktyki i gromady albo zużyły swój zimny gaz, albo zostały go pozbawione. Właśnie dlatego określa się je galaktykami „wygaszonymi”.

Centralna galaktyka Gromady Feniksa powinna, według modeli, zakończyć już okres formowania gwiazd. Ma ona jednak intensywnie jasne jądro, typowe dla energicznego formowania się gwiazd.

Jak to się stało, że Gromada Feniksa nadal ma źródło zimnego gazu, który napędza narodziny gwiazd. Czy gaz ten wygenerował się on sam? A może napłynął z młodszych galaktyk?

Jasne jądro gromady galaktyk

Aby spróbować zrozumieć ten fenomen, naukowcy wykorzystali możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i zajrzeli do samego serca gromady. Dzięki niemu odkryli m.in., że centralna galaktyka gromady była niespodziewanie jasna z powodu ekstremalnego formowania się gwiazd. Naukowcy stwierdzili, że każdego roku może tam powstawać nawet tysiąc nowych gwiazd, co jest zdumiewającą liczbą w porównaniu z Drogą Mleczną, w której według niektórych badań powstaje mniej niż 10 gwiazd rocznie.

– Przed Feniksem, najbardziej gwiazdotwórcza gromada galaktyk we Wszechświecie „rodziła” około 100 gwiazd rocznie, a nawet to było wartością odstającą. Typowa liczba to jedna gwiazda. Feniks naprawdę odstaje od reszty populacji – powiedział Michael McDonald, profesor fizyki w Massachusetts Institute of Technology, jeden z autorów omawianego badania. Profesor McDonald przewodził grupie, która w 2010 roku odkryła Gromadę Galaktyk Feniks.

Dzięki wcześniejszym obserwacjom astronomowie znaleźli w Gromadzie Feniksa zarówno bardzo gorący, jak i bardzo zimny gaz. Zaobserwowali też obszary bardzo gorącego gazu o temperaturze ok. 555 811 K oraz regiony bardzo zimnego gazu o temperaturze zaledwie 10 kelwinów, czyli 10 stopni powyżej zera absolutnego.

Rola supermasywnych czarnych dziur

Gorący gaz nie jest niczym niezwykłym, ponieważ supermasywne czarne dziury (SMBH) mogą emitować niezwykle energetyczne dżety zdolne podgrzewać gaz. Gdy galaktyka jest młoda, część tego gazu ochładza się i tworzy gwiazdy. Centralna galaktyka Gromady Feniksa również zawiera pewną ilość chłodnego gazu. Poprzednie obserwacje wykazały, że nie było tam ciepłego gazu, co jest dziwne. Czy istnieje odpowiedź na problem przepływu chłodu w Gromadzie Feniksa?

Naukowcy doszli do wniosku, że jeśli centralna galaktyka Phoenix w jakiś sposób generuje wykryty zimny gaz, to musi istnieć ciepły gaz, który jest pośredni między gorącym gazem a zimnym gazem. W tym miejscu do akcji wkracza JWST.

Aby to sprawdzić użyto spektrometru średniej rozdzielczości MIRI i zebrano 12 godzin danych w podczerwieni. Naukowcy szukali określonej długości fali światła emitowanego przez neon przy ok. 300 000 K. Wskazuje to na obecność pośredniego ciepłego gazu, który byłby dowodem na ochłodzenie.

– Ten gaz o temperaturze 300 000 stopni jest jak neon, który świeci w określonej długości fali światła, dzięki czemu mogliśmy zobaczyć jego skupiska i włókna w całym naszym polu widzenia. Widać je było wszędzie – napisał w komunikacie prasowym główny autor Michael Reefe.

Problem chłodzenia gazu

Dodał, że po raz pierwszy udało się uzyskać pełny obraz fazy od gorącej do ciepłej i zimnej w procesie formowania się gwiazd. Fakt, że astronomowie nie byli w stanie dostrzec charakterystycznego ciepłego gazu w Gromadzie Feniksa nie oznacza, że go tam nie było. Wciąż jednak należy zadać pytanie, skąd wziął się ten zimny gaz? Czy pochodzi on spoza tych galaktyk?

– Nie jest oczywiste, że gorący gaz kiedykolwiek się ochłodzi, ponieważ może istnieć sprzężenie zwrotne z czarną dziurą lub supernową, które będą go ogrzewać. Istnieje więc kilka realnych opcji, z których najprostsza jest taka, że ten zimny gaz został wyrzucony do centrum z innych pobliskich galaktyk. Inną jest to, że gaz ten w jakiś sposób chłodzi się bezpośrednio od gorącego gazu w jądrze – wyjaśnia McDonald.

Naukowcy twierdzą, że to ekstremalne chłodzenie generuje 20 000 mas słonecznych zimnego gazu rocznie. Pokazuje to, że galaktyka jest w stanie dostarczyć własny zimny gaz do formowania gwiazd i że nie pochodzi on z innego miejsca. Pytanie brzmi: w jaki sposób? Wyniki sugerują, że centralna czarna dziura w jakiś sposób wywołuje chłodzenie gazu, zamiast go podgrzewać. Ale aby sprawdzić tę koncepcję, potrzeba jeszcze wielu obserwacji.

Źródło: sciencealert.com