Obstoj velikih, že razvitih eliptičnih galaksij v zelo zgodnjem vesolju že več kot 20 let predstavlja enega večjih izzivov sodobne kozmologije. Po uveljavljenih modelih bi morale takšne galaksije nastajati postopno, z dolgotrajnim združevanjem manjših struktur. Nova raziskava, ki jo je vodila ekipa z Inštituta Max Planck za radioastronomijo, pa kaže, da so se nekatere izmed njih oblikovale bistveno hitreje.
Mednarodna skupina astronomov je z uporabo podatkov velikega milimetrskega in submilimetrskega teleskopa ALMA analizirala eno najbolj izjemnih protojat galaksij, znano kot SPT2349-56. Rezultate so objavili v reviji The Astrophysical Journal.
Raziskava kaže, da so se nekatere masivne eliptične galaksije pojavile že manj kot 2 milijardi let po velikem poku – v času, ko bi po pričakovanjih morali prevladovati sistemi z intenzivnim nastajanjem zvezd in obilico hladnega plina. Namesto tega so opazili strukture, ki že kažejo lastnosti zrelih galaksij z relativno starimi zvezdnimi populacijami in omejenimi možnostmi za novo zvezdno rast.
Hiter kolaps namesto počasne rasti
Po ugotovitvah raziskovalcev z Inštituta Max Planck se zdi, da se v najgostejših delih zgodnjega vesolja niso oblikovale le posamezne galaksije, temveč so se cele protojate sesule in združile v izjemno kratkem času. Namesto milijard let naj bi proces trajal le nekaj sto milijonov let.
Analiza kaže, da so se najgostejše strukture od širjenja vesolja ločile že pri približno desetini današnje starosti vesolja. Hitro zgoščanje plina je sprožilo izjemno intenzivne faze nastajanja zvezd, ki so bile zaradi svoje svetlosti dobro vidne v infrardečem in milimetrskem spektru – ravno tam, kjer ima ALMA največjo občutljivost.
SPT2349-56: vpogled v rojstvo galaktičnih velikanov
Protojata SPT2349-56, ki se nahaja v ozvezdju Feniks, predstavlja redek primer neposrednega opazovanja tega procesa. V njenem središču so raziskovalci zaznali več med seboj tesno povezanih galaksij, ki z izjemno hitrostjo tvorijo nove zvezde – več desetkrat hitreje kot današnja Mlečna cesta.
Posebej izstopajo obsežni plimski rokavi ioniziranega plina, ki se raztezajo daleč preko osrednjega območja protojate. Ti tokovi snovi, ki se gibljejo s hitrostmi več sto kilometrov na sekundo, razkrivajo, kako gravitacijske interakcije dobesedno razdirajo posamezne galaksije in njihovo maso usmerjajo v skupno strukturo.
Opazovanja kažejo, da se osrednji sistem povezuje z verigo dodatnih galaksij v zunanjem delu protojate, kar nakazuje skupen izvor in verižno združevanje. Po ocenah raziskovalcev bo večina teh plinsko bogatih galaksij v manj kot 300 milijonih let združena v eno samo velikansko eliptično galaksijo.
Numerične simulacije, ki so jih izvedli člani raziskovalne skupine, kažejo presenetljivo ujemanje med opaženimi lastnostmi teh zgodnjih protojat in današnjimi zrelimi jatami galaksij. To podpira hipotezo, da so ravno takšni hitri, nasilni procesi ključni za nastanek najmasivnejših galaksij v vesolju.
Raziskava obenem odpira nova vprašanja o vlogi udarnih valov, segrevanja plina in rasti supermasivnih črnih lukenj pri uravnavanju nastajanja zvezd v teh ekstremnih okoljih. Čeprav številni podrobni mehanizmi ostajajo nepojasnjeni, nova opazovanja pomenijo pomemben korak k razumevanju “zgodnjega otroštva” eliptičnih galaksij.
