Ezen a képen egy kék ultradiffúz galaxis beesése egy galaxisrendszerbe, majd ezt követő kilökődése látható vörös ultradiffúz galaxisként. hitel: MIT
Az eredmények vázlatot adnak az ilyen rendszerek megtalálásához az univerzum csendesebb, üresebb vidékein.
Definíció szerint a törpe galaxisok kicsik és halványak, a csillagoknak csak töredéke található Tejút és más galaxisok. Vannak azonban óriások a törpék között: az ultradiffúz galaxisok vagy UDG-k olyan törperendszerek, amelyek viszonylag kevés csillagot tartalmaznak, de hatalmas területeken szétszóródnak. Mivel nagyon diffúzak, ezeket a rendszereket nehéz észlelni, bár a legtöbbjüket nagyobb, fényesebb galaxisok halmazaiban találták meg.
Most csillagászok MIT, a Riverside-i Kaliforniai Egyetem és másutt részletes szimulációkat alkalmaztak a „kioltott” UDG-k kimutatására – ez egy ritka típusú törpegalaxis, amely leállította a csillagok generálását. Szimulációik során több ilyen rendszert is azonosítottak, és azt találták, hogy a galaxisok nem halmazokban, hanem üregekbe száműzték őket – az univerzum csendes, majdnem üres régióiba.
Ez az elszigeteltség ellentmond a csillagászok azon jóslatainak, hogy hogyan kell kialakulniuk a kioltott UDG-knek. Tehát a csapat ugyanazokat a szimulációkat használta a törperendszerek evolúciójának visszatekerésére, és megnézte, hogyan is jöttek létre.
A kutatók azt találták, hogy a kioltott UDG-k valószínűleg szokatlanul nagy szögimpulzussal egyesültek a sötét anyag fényudvarában. Ez a szélsőséges környezet, akár egy vattacukor-gép, olyan törpegalaxisokat pörgethetett ki, amelyek rendellenesen megnyúltak.
Ezek az UDG-k azután a galaxishalmazokon belül fejlődtek ki, mint a legtöbb UDG. Ám a halmazon belüli kölcsönhatások valószínűleg az űrbe lökték ki a törpéket, és széles, bumerángszerű pályákat adnak nekik, amelyeket „backsplash” pályáknak neveznek. A folyamat során a galaxisok gázát leválasztották, így a galaxisok „kioltottak”, és nem tudtak új csillagokat létrehozni.
A szimulációk azt mutatták, hogy az ilyen UDG-k gyakoribbak, mint amit megfigyeltek. A kutatók azt mondják, hogy eredményeiket ma publikálták Természet csillagászat, adjon egy tervezetet a csillagászoknak, hogy megkeressék ezeket a törpe óriásokat az univerzum üregeiben.
„Mindig arra törekszünk, hogy teljes konszenzust érjünk el az univerzumban található galaxisokról” – mondja Mark Vogelsberger, az MIT fizika docense. „Ez a tanulmány egy új galaxispopulációt ad hozzá, amelyet a szimuláció valójában előre jelez. És most a valós univerzumban kell keresnünk őket."
Vogelsberger Laura Sales-szel (UC Riverside) és José A. Benavides-szel, az argentin Elméleti és Kísérleti Csillagászati Intézet munkatársával közösen vezette a tanulmányt.
Piros kontra kék
A csapaté keresés A kioltott UDG-k esetében az UDG műholdak egyszerű felmérésével kezdődött – ultradiffúz rendszerek, amelyek galaxishalmazokon kívül helyezkednek el. A csillagászok azt jósolják, hogy a halmazokon belüli UDG-ket ki kell oltani, mivel azokat más galaxisok veszik körül, amelyek lényegében kitörölnék az UDG már szétszórt gázát, és leállítanák a csillagok termelését. A klaszterekben lévő kioltott UDG-k ekkor főként régi csillagokból állnak, és vörös színűnek kell lenniük.
Ha az UDG-k a halmazokon kívül, az ürességben léteznek, akkor várhatóan továbbra is csillagokat kavarnak ki, mivel nem lenne más galaxisokból származó versengő gáz, amely kiolthatná őket. Ezért az UDG-k az ürességben az előrejelzések szerint új csillagokkal gazdagodnak, és kéknek tűnnek.
Amikor a csapat megvizsgálta az UDG műholdak korábbi észleléseit, a klasztereken kívül, azt találták, hogy a legtöbb kék a vártnak megfelelően – de néhány vörös.
„Ez az, ami felkeltette a figyelmünket” – mondja Sales. „És arra gondoltunk: „Mit keresnek ott? Hogyan alakultak ki? Nem volt jó magyarázat.”
Galaktikus kocka
Ennek megtalálásához a kutatók a TNG50-et vizsgálták, amely a galaxisok kialakulásának részletes kozmológiai szimulációja, amelyet Vogelsberger és mások az MIT-nél és máshol fejlesztettek ki. A szimuláció a világ legerősebb szuperszámítógépein fut, és úgy tervezték, hogy az univerzum nagy részét fejlessze olyan körülmények között, amelyek hasonlítanak a nem sokkal Big Bang a mai napig.
A szimuláció a fizika alapvető elvein, valamint az anyag és a gáz közötti összetett kölcsönhatásokon alapul, és eredményei számos forgatókönyv szerint megegyeznek azzal, amit a csillagászok a tényleges univerzumban megfigyeltek. Ezért a TNG50-et pontos modellként használták arra vonatkozóan, hogyan és hol fejlődik sokféle galaxis az idők során.
Új tanulmányukban Vogelsberger, Sales és Benavides a TNG50-et használta annak megállapítására, hogy észlelik-e a kioltott UDG-ket a galaxishalmazokon kívül. A korai univerzum körülbelül 150 millió fényév széles kockájával kezdték, és végigvitték a szimulációt egészen napjainkig. Ezután a szimulációban kifejezetten üregekben lévő UDG-k után kutattak, és azt találták, hogy a legtöbb észlelt kék, ahogy az várható volt. De meglepően sok - körülbelül 25 százalék - vörös vagy kioltott volt.
Le nullázták ezeket a vörös műholdtörpéket, és ugyanazt a szimulációt használták, ezúttal egyfajta időgépként, hogy megtudják, hogyan, mikor és hol keletkeztek ezek a galaxisok. Azt találták, hogy a rendszerek kezdetben klaszterek részei voltak, de valahogy kidobták az űrbe, egy elliptikusabb, „visszafelé ívelő” pályára.
„Ezek a pályák majdnem olyanok, mint a Naprendszerünk üstökösei” – mondja Sales. „Vannak, akik kimennek, és visszakerülnek, mások pedig egyszer bejönnek, aztán soha többé. A kioltott UDG-k esetében, mivel pályájuk annyira elliptikus, nem volt idejük visszatérni, még az univerzum teljes korszaka alatt sem. Még mindig ott vannak a mezőn.”
A szimulációk azt is kimutatták, hogy a kioltott UDG-k vörös színe a kilökődésükből adódik – ez egy heves folyamat, amely megfosztotta a galaxisok csillagképző gázát, és az kioltott és vörös színűvé vált. A szimulációkat az időben visszafelé futtatva a csapat megfigyelte, hogy az apró rendszerek, mint minden galaxis, a sötét anyag halóiból származnak, ahol a gáz galaktikus korongokká egyesül. A kioltott UDG-k esetében azonban úgy tűnt, hogy a fényudvarok gyorsabban forogtak a szokásosnál, és kinyújtott, ultradiffúz galaxisokat hoztak létre.
Most, hogy a kutatók jobban megértették, hol és hogyan keletkeztek a kioltott UDG-k, remélik, hogy a csillagászok eredményeiket felhasználhatják a teleszkópok hangolására, hogy több ilyen elszigetelt vörös törpét azonosítsanak – amelyek a szimulációk szerint nagyobb számban rejtőzhetnek, mint amennyit a csillagászok ismernek. messze észlelték.
„Meglepő, hogy a szimulációk valóban képesek ezeket a nagyon kicsi tárgyakat előállítani” – mondja Vogelsberger. „Azt jósoljuk, hogy több ilyen galaxisnak kellene lennie odakint. Ez nagyon izgalmassá teszi a munkánkat.”
Erről a kutatásról bővebben lásd A csillagászok feltárják a megfoghatatlan ultradiffúz galaxisok eredetét.
Hivatkozás: José A. Benavides, Laura V. Sales, Mario: „Nyugodt ultradiffúz galaxisok a terepen, amelyek hátulsó pályákról származnak”. G. Abadi, Annalisa Pillepich, Dylan Nelson, Federico Marinacci, Michael Cooper, Ruediger Pakmor, Paul Torrey, Mark Vogelsberger és Lars Hernquist, 6. szeptember 2021., Természet csillagászat.
DOI: 10.1038/s41550-021-01458-1
