Ljudberättelse av författaren finns tillgänglig ovan
För 10 miljarder år sedan brann universums galaxer av ljuset från nybildade stjärnor. Denna episka fas av historien är känd som 'Kosmisk middag' – höjden av all stjärnskapelse. Galaxer som vår Vintergatan skapar inte stjärnor i nästan samma takt som de var i det gamla förflutna. Men det finns en tid då galaxer i nuet kan explodera med stjärnbildning – när de kolliderar med varandra. Detta nyligen publicerade collage av sammanslagna galaxer av Hubble HiPEEC-undersökning (Hubble imaging Probe of Extreme Environments and Clusters) framhäver sex av dessa kollisioner som hjälper oss att förstå stjärnbildningen i det tidiga universum.
Nysläppt collage av sex galaxsammanslagningar som används i HiPEEC-undersökningen.
Översta raden från vänster till höger: NGC 3256, 1614, 4195 Nedre raden från vänster till höger: NGC 3690, 6052, 34
- Kredit ESA / Hubble / NASA
Kosmisk balett
En internationell forskargrupp ledd av Dr Angela Adamo studerade dessa sex Hubble-mål , fångade mellan 2008 och 2020, för att förstå stjärnbildningshastigheter under de kaotiska förhållandena vid galaxkollisioner. Forntida stjärnbildande galaxer är inte förvrängda och vridna som de sammanslagningar vi ser i den lokala galaxen. De är stora diskgalaxer som vi är mer bekanta med. Men dessa lokala kollisioner fungerar som ett närliggande laboratorium som replikerar förhållandena i det tidiga universum.
Vintergatan skapar mellan 1,5 till 3 solmassor (massa av vår egen sol) värda stjärnor varje år. Kolliderande galaxer kan skapa uppåt 100 solmassor per år . Dessa sex sammanslagningar befinner sig alla i olika stadier av kollision. Galaxer, för alla sina hundratals miljarder stjärnor, är huvudsakligen tomma utrymmen. Det är faktiskt möjligt för två galaxer att smälta samman och ändå kolliderar inga två individuella stjärnor med varandra. Snarare passerar galaxergenomvarandra flera gånger tills de slutligen smälter samman. Så småningom smälter båda galaxernas kärnor samman till en större galax – en episk kosmisk dansrutin under miljarder år.
Datorsimulering av den framtida fusionen mellan Vintergatan och Andromeda c – NASA
De tidigaste i sammanslagningsfasen är NGC 3256, 3690 och 6052 med 3690 som fortfarande visar två distinkta galaktiska kärnor. NGC 34, 1614 och 4194 är de mest avancerade med NGC 34 i slutskedet av koalescensen.
(Överst till vänster i kollaget) NGC 3256 är cirka 100 miljoner ljusår från jorden och är ett idealiskt mål för att undersöka stjärnutbrott som har utlösts av galaxsammanslagningar. Kredit – ESA/Hubble/NASA
(Överst i mitten av kollaget) NGC 1614 är 211 miljoner ljusår bort. Den har ett ljust centrum och två inre spiralarmar med en yttre struktur som huvudsakligen består av en stor ensidig krökt förlängning av en av dessa armar ned till höger, och en lång, nästan rak svans som kommer ut från kärnan och korsar den förlängd arm uppe till höger.
Bild och beskrivning Kredit: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration och A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)
(Överst till höger i Collage) – NGC 4194, 129 miljoner ljusår bort, är också känd som Medusa-fusionen. En tidig galax konsumerade ett mindre gasrikt system och kastade ut strömmar av stjärnor och damm ut i rymden. Dessa bäckar, som ses stiga upp från toppen av fusionsgalaxen, liknar de vridande ormar som Medusa, ett monster i antik grekisk mytologi, berömt hade på sitt huvud i stället för hår, vilket gav föremålet dess spännande namn. Medusasammanslagningen ligger cirka 130 miljoner ljusår bort i stjärnbilden Ursa Major (Den stora björnen).
Bild och beskrivning Kredit: ESA/Hubble & NASA, A. Adamo
(Nedre till vänster på Collage) Detta system består av ett par galaxer, kallade IC 694 och NGC 3690, 130 miljoner ljusår bort, som gjorde ett nära pass för cirka 700 miljoner år sedan. Som ett resultat av denna interaktion genomgick systemet en häftig utbrott av stjärnbildning. Under de senaste femton åren eller så har sex supernovor dykt upp i de yttre delarna av galaxen, vilket gör detta system till en framstående supernovafabrik.
Bild och beskrivning Kredit: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration och A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)
(Nederst i mitten av Collage) NGC 6052, som ligger i konstellationen Hercules, cirka 230 miljoner ljusår bort, är ett par kolliderande galaxer. De upptäcktes först 1784 av William Herschel och klassificerades ursprungligen som en enda oregelbunden galax på grund av deras udda form. Men nu vet vi att NGC 6052 faktiskt består av två galaxer som håller på att kollidera.
Bild och beskrivning Kredit: ESA/Hubble & NASA, A. Adamo et al.
(Nedre högra delen av Collage) NGC 34:s yttre område, som ligger i stjärnbilden Cetus (Sjömonstret) på ett avstånd av 250 miljoner ljusår, ser nästan genomskinligt ut, med stift prickade med stjärnor och konstiga klibbiga rankor. Den här bilden visar galaxens ljusa centrum, ett resultat av denna sammanslagna händelse som har skapat en explosion av ny stjärnbildning och lyst upp den omgivande gasen. Bild och beskrivning Kredit: ESA/Hubble/NASA A. Adamo et al.
Lyser genom höljet
De sex mål som valts är inom 80 Mpc (Megaparsec = 3,26 miljoner ljusår) där Hubble kan lösa upp stora stjärnbildande hopar inom var och en av de kolliderande galaxerna. För fotonördar är upplösningsskalorna för de närmaste av de 6 målen 6 parsecs per pixel medan de mer avlägsna är 10 parsecs per pixel. Ljusår och ljusår i en liten ljuspunkt. Målen valdes ut eftersom de är orienterade med ansiktet mot, vilket betyder att Hubble kan skanna hela ytan av galaxen efter stjärnbildande hopar. Själva klustren är omgivna av massiva moln av damm och gas, råmaterialet för stjärnbildning.
Interstellärt damm orsakar 'utdöende' en process där ljus bokstavligen släcks när det absorberas. Men stjärnbildande hopar är kraftfulla källor till infrarött ljus och ett särskilt rött ljus känt som Hydrogen-Alpha skapat av unga massiva stjärnor som spränger vätgas med sin intensiva strålning. Både infraröd och H-Alpha kan skära igenom höljet för att observeras av Hubble. Sammanslagna galaxer brinner av infrarött ljus. Klassificerade som 'Luminous Infrared Galaxies' (LIRG) är de ljusare i infrarött än hela ljusspektrumet för andra galaxer . Bilddata från Hubble bearbetas för att isolera stjärnbildande hopar efter ålder och massa, vilket filtrerar bort både förgrundsstjärnor från vår egen galax och ljuset från avlägsna bakgrundsgalaxer.
Stjärnhopar i NGC 3256 isolerade från andra strukturer i bilden
Kredit: Figur 2 i Adam et al 2020
Varje sista droppe
Forskare upptäckte enorma stjärnbildande kluster inom de sammanslagna systemen – mycket större än vad som finns i vår egen galax. De största unga stjärnhoparna i Vintergatan kan nå tiotusentals solmassor. När galaxer smälter samman bildas fler och fler massiva kluster – de största som skapades i de senare stadierna av koalescensen. NGC 34 har ett kluster på uppemot 20 miljoner solmassor som är 100 miljoner år gammalt. De yngre sammanslagningarna har en större andel av hopar som är mindre än 10 miljoner år gamla, vilket tyder på att takten för stjärnbildning har ökat stadigt.
En av de närmsta stjärnbildande regionerna till jorden, den stora Orionnebulosan. Det bildas cirka 700 stjärnor i nebulosan som väger in på 2000 solmassor, mycket mindre än de stjärnbildande områden som ses i kolliderande galaxer.
Kredit: Matthew Cimone Trottier Observatory
'Dessa system är bland de mest effektiva miljöerna för att bilda stjärnhopar i det lokala universum'
Adam et al 2021
Råmaterialet för att bilda stjärnor är interstellär vätgas. Galaxer innehöll ett större överflöd och densitet av denna gas i det förflutna som konsumerades under Cosmic Noon. Väte finns kvar i galaxer som Vintergatan men gasen är inte alls lika koncentrerad vilket resulterar i lägre stjärnbildningshastigheter och mindre stjärnhopar. Sammanslagningen av galaxer skapar tidvattenkrafter genom gravitationen som leder denna återstående gas till koncentrerade områden med hög densitet, vilket resulterar i massiva stjärnbildande hopar och en kaskad av stjärnbildning – ett 'stjärnutbrott'.
Forskarna anger en radie i varje sammanslagning som kallas R80 där 80 % av stjärnbildningen sker. Inom den 80-procentiga radien är sammanslagningarna de mest effektiva för att bilda stjärnhopar. Denna radie innehåller också de yngsta stjärnhoparna runt 10 miljoner år gamla. När dessa kluster åldras förskjuts de av tidvattenkrafterna från kollisionen och driver till olika regioner i galaxerna.
En zoom-in-utskärning av den inre kiloparsec av NGC1614. Klusterpositionerna är färgkodade i enlighet med deras massa (vänster) och ålder (höger). De cirkulära streckade linjerna noterar klustren som finns med R(80%). Kredit: Fig 8 Adamo et al. 2020
Gamla kollisionsärr
Medan Vintergatan inte är enormunghopar av stjärnor, vår galax har mycket storagammalhopar av stjärnor som kallas klothopar. Den största vi har observerat i Vintergatan heter Omega Centauri som innehåller cirka 10 miljoner stjärnor som väger in 4 miljoner solmassor som är miljarder år gamla. Ursprunget till klothopar är inte helt känt men de tros härröra från Vintergatans egen kollision med andra galaxer i det förflutna eller bildas under Cosmic Noon. HiPEEC-forskarna föreslår att de unga massiva stjärnhoparna som observerats i dessa sammanslagningar kan utvecklas till klothopar och uppmanar framtida forskning för att studera denna möjlighet. Teamet rekommenderar också att du återvänder till dessa 6 sammanslagningar med det kommande rymdteleskopet James Webb som kommer att se infraröda mål med ännu mer upplösning och skärpa än Hubble.
Omega Centauri klotkluster i Vintergatan. Den största kända klotformade stjärnhopen i vår galax som innehåller cirka 10 miljoner stjärnor i stjärnbilden Centaurus på ett avstånd av 17 000 ljusår. Kredit: ESO CC senast 4.0
Andromedas kollision med Vintergatan – Fraser Cain Universe Today
Vintergatan är också avsedd för en framtida sammanslagning när den kolliderar med vår närliggande Andromedagalax för att bli…”Milkomeda” (vi har 4,5 miljarder år på sig att komma på ett bättre namn). Sammanslagningen kommer att utlösa vår egen framtida ökning av stjärnbildning. Vem som helst runt om i Vintergatan kommer att se himlen förvandlas med skenet från jättestjärnor som bildar hopar över hela galaxen. Under tiden kan du njuta av dessa fantastiska sammanslagningar vi ser nu, med tillstånd av Hubble.
Följ Matthew på Twitter för fler Spacey Stories:
En video som visar alla HiPEEC-fusioner – Credit Hubble/ESA/NASA
Mer att utforska:
Hubble visar upp 6 Galaxy Mergers | ESA / Hubble (Fullstora versioner av alla bilder)
When Galaxies Collide: Hubble visar upp 6 vackra Galaxy Mergers | ESA/Hubble
Galaxer har blivit vilda! | ESA/Hubble
[2008.12794] Stjärnhopbildning i de mest extrema miljöerna: Insikter från HiPEEC-undersökningen (arxiv.org) (Original Research Paper Open Access)
[2010.10171] Stjärnbildande galaxer vid Cosmic Noon (arxiv.org) (Fri tillgång)
Den galaktiska kollisionen som omformade vår Vintergatan – Scientific American
En galax gör nya stjärnor snabbare än dess svarta hål kan svälta dem efter bränsle – universum idag Solsystemet har flugit genom skräpet av en supernova i 33 000 år – universum idag