Ahli Astronomi Boleh Meramalkan Apabila Pembentukan Bintang Galaxy Berakhir Berdasarkan Bentuk dan Saiz Cakeranya
Perniagaan utama galaksi ialah pembentukan bintang. Dan apabila mereka masih muda, seperti belia di mana-mana, mereka menyibukkan diri dengannya. Tetapi galaksi semakin tua, berkembang, dan mengalami penurunan kadar pembentukan bintangnya. Akhirnya, galaksi berhenti membentuk bintang baharu sama sekali, dan ahli astronomi memanggil pelindapkejutan itu. Mereka telah mengkaji pelindapkejutan selama beberapa dekad, namun banyak perkara mengenainya masih menjadi misteri.
Satu kajian baru berdasarkan IllustrisTNG simulasi telah menemui hubungan antara pelindapkejutan galaksi dan saiz bintangnya.
Kira-kira 10 bilion tahun yang lalu, Alam Semesta berada dalam apa yang dipanggil oleh ahli kosmologi sebagai 'Siang Kosmik.' Ketika itulah pembentukan bintang di galaksi memuncak. Bagaimana dan mengapa galaksi berhenti membentuk bintang sejak itu adalah misteri.
Dalam kertas baharu bertajuk “ MOSEL dan IllustrisTNG: Galaksi Lanjutan Besar-besaran pada z = 2 Padam Lewat Daripada Galaksi Bersaiz Biasa ,” sepasukan penyelidik ingin meneliti pelindapkejutan. Penulis utama kajian itu ialah Dr. Anshu Gupta dari Pusat Kecemerlangan ARC Australia dalam Semua Astrofizik Langit dalam 3 Dimensi (ASTRO 3D). Makalah itu akan diterbitkan dalam The Astrophysical Journal.
'Terdapat satu tempoh dalam kehidupan Alam Semesta yang dikenali sebagai 'tengah hari kosmik,' yang berlaku kira-kira 10 bilion tahun yang lalu,' kata Dr. Gupta dalam sebuah kenyataan akhbar . 'Itulah ketika pembentukan bintang dalam galaksi besar berada di puncaknya. Selepas itu, gas dalam kebanyakan galaksi ini menjadi panas - sebahagiannya disebabkan oleh lubang hitam di tengah-tengahnya - dan mereka berhenti membentuk bintang.'
Kredit Imej: Gupta et al, 2021.
Tengah hari kosmik juga menyaksikan galaksi mengembangkan ciri yang kita lihat hari ini: cakera berputar biasa dan bonjolan, contohnya. Itu juga apabila populasi galaksi mati, atau galaksi yang dipadamkan, mula muncul. Sesuatu sedang berlaku.
Tengah hari kosmik bukan sahaja tempoh pembentukan bintang puncak. Ia juga merupakan tempoh pertambahan lubang hitam puncak. Apabila lubang hitam di pusat galaksi semakin besar, mereka menarik gas galaksi ke arah mereka, memampatkan dan memanaskan gas. Tetapi bintang memerlukan gas sejuk untuk terbentuk; gas panas enggan bergabung dan runtuh menjadi bintang.
Tetapi kesan mampatan dan pemanasan ini tidak menguasai semua galaksi. Untuk galaksi yang lebih gebu, kurang tumpat dengan lebih banyak ruang antara bintang, lubang hitam tidak mempunyai kesan yang sama. Mereka tidak dapat mencapai cukup gas untuk memadamkan pembentukan bintang.
'Dalam galaksi yang benar-benar terbentang, walau bagaimanapun, kami mendapati bahawa keadaan tidak terlalu panas dan lubang hitam tidak memberikan pengaruh yang begitu hebat, jadi bintang terus dibuat dalam tempoh yang lebih lama.'
Pasukan penyelidik menumpukan pada apa yang dipanggil cakera galaksi. Cakera galaksi ialah kawasan bulat yang diratakan mengelilingi nukleus, dan ia mengandungi bintang, gas, dan habuk. Jika cakera itu tersebar dan bukannya padat, maka pembentukan bintang berterusan, dan pelindapkejutan ditangguhkan.
'Di mana bintang dalam cakera diedarkan secara meluas - anda boleh memanggilnya 'gebu' - gas kekal lebih sejuk, jadi terus bergabung di bawah graviti dan membentuk bintang baharu,' kata Dr. Gupta. “Dalam galaksi dengan lebih banyak cakera padat, gas menjadi panas dengan cepat dan tidak lama lagi terlalu bertenaga untuk dilecek, jadi pembentukan bintang berakhir sejurus selepas tengah hari kosmik. Cakera bengkak terus berjalan lebih lama, katakan setakat minum petang kosmik.'
Angka daripada kajian ini membantu menjelaskan keputusannya. Di sebelah kiri ialah galaksi besar biasa, di sebelah kanan ialah galaksi lanjutan atau 'gembung' dalam simulasi TNG. Seperti yang ditunjukkan pada bar atas, galaksi besar biasa tidak melihat perubahan dalam saiz bintang mediannya sehingga sekitar z~2.5. Tetapi galaksi besar yang diperluaskan menyaksikan peningkatan yang stabil dalam saiznya antara z~2 hingga 4. Kredit Imej: Gupta et al, 2021.
Kajian mereka mendapati bahawa dengan z=1, hanya 36% daripada galaksi besar yang diperluaskan telah dipadamkan, manakala 69% daripada galaksi besar yang lebih bersaiz normal telah dipadamkan. Menjelang z=2 hingga 4, mereka mendapati bahawa '...galaksi besar bersaiz normal membina jisim bintang pusat mereka tanpa peningkatan ketara dalam saiz bintangnya.' Tetapi untuk galaksi besar yang dilanjutkan, jisim bintangnya hampir dua kali ganda.
Penyelidikan ini bergantung kepada kedua-dua pemerhatian dan simulasi.
Simulasi IllustrisTNG adalah usaha bercita-cita tinggi yang melibatkan kebanyakan saintis Jerman dan Amerika. Tapak web IllustrisTNG menerangkan usaha yang terbaik: 'Setiap simulasi dalam IllustrisTNG mengembangkan sebilangan besar Alam Semesta olok-olok sejurus selepas Big-Bang sehingga hari ini sambil mengambil kira pelbagai proses fizikal yang mendorong pembentukan galaksi. Simulasi boleh digunakan untuk mengkaji pelbagai topik mengenai bagaimana Alam Semesta — dan galaksi di dalamnya — berkembang dari semasa ke semasa.”
Jadi apakah maksud keputusan ini? 'Hasilnya bermakna buat pertama kalinya kami dapat mewujudkan hubungan antara saiz cakera dan pembuatan bintang. Jadi sekarang ahli astronomi akan dapat melihat mana-mana galaksi di Alam Semesta dan dengan tepat meramalkan bila ia akan berhenti membuat bintang - hanya selepas makan tengah hari, atau kemudian pada petang kosmik.'
Bima Sakti ialah rumah manusia. Di manakah galaksi kita sesuai dengan semua ini? Bima Sakti adalah mekar lewat, ternyata. Ia berada di sini pada tengah hari kosmik, tetapi ia masih sangat kecil dan jelas tidak besar. Pada ketika itu, ia hanya mempunyai satu persepuluh daripada jisim bintang yang ada sekarang. Ia berkembang lebih besar dari semasa ke semasa, terima kasih kepada penggabungan . Sekarang ia adalah galaksi besar, tetapi ia masih menghasilkan bintang.
Berdiri di sebelah Bima Sakti. Kredit: P. Horálek/ESO
Jadi di manakah kita sekarang dalam pemasa hari kosmik-galaksi? 'Tengah hari kosmik sudah lama dahulu,' kata Dr Gupta. 'Saya akan mengatakan bahawa sekarang Alam Semesta telah mencapai petang kosmik. Ini belum waktu malam lagi, tetapi keadaan pasti menjadi perlahan.'
Pasukan di sebalik kajian ini menyepadukan simulasi IllustrisTNG dengan pemerhatian daripada Tinjauan Talian Pancaran Spektroskopi Pelbagai Objek (MOSEL). MOSEL bergantung pada Teleskop Angkasa Hubble dan W.M. Balai Cerap Keck. Pasukan itu termasuk saintis dari UK, Jerman, Mexico, Amerika Syarikat dan Australia.
Lagi:
- Siaran Akhbar: Pada tengah hari kosmik, galaksi bengkak membuat bintang lebih lama
- Penyelidikan Baharu: MOSEL dan IllustrisTNG: Galaksi Lanjutan Besar-besaran pada z = 2 Padam Lewat Daripada Galaksi Bersaiz Biasa
- Alam Semesta Hari Ini: Ahli Astronomi Memetakan Bahan Mentah untuk Pembentukan Bintang Baharu dalam Bima Sakti