En astrofysiker siger, at vores Mælkevej allerede er død, men fortsætter stadig. Hvorfor stopper galakser med at danne stjerner, ændrer deres form og falmer væk?
Se større. | Mælkevejen over Marokko af Besancon Arnaud. Besøg hans websted.
Af Kevin Schawinski, Swiss Swiss Institute of Technology Zürich
Ligesom en zombie er Mælkevejs-galaksen allerede død, men den fortsætter stadig. Vores galaktiske nabo Andromeda udløb næsten helt sikkert for et par milliarder år siden, men begyndte først for nylig at vise ydre tegn på dens undergang.
Galakser ser ud til at være i stand til at "omkomme" - det vil sige stoppe med at omdanne gas til nye stjerner - via to meget forskellige veje, drevet af meget forskellige processer. Galakser som Mælkevejen og Andromeda gør det meget, meget langsomt over milliarder af år.
Hvordan og hvorfor galakser "slukker" deres stjernedannelse og ændrer deres morfologi eller form, er et af de store spørgsmål inden for ekstragalaktisk astrofysik. Vi er måske nu på randen af at være i stand til at styre sammen, hvordan det sker. Og en del af takken til borgerforskere, der har kæmmet gennem millioner af galaktiske billeder for at klassificere, hvad der er derude.
Kan en galakse (som NGC 3810 i dette tilfælde) have en klassisk spiralstruktur og også allerede være død? Billedkredit: ESA / Hubble og NASA, CC BY
Galakser vokser ved at skabe nye stjerner
Galakser er dynamiske systemer, der kontinuerligt akkrediterer gas og omdanner noget af det til stjerner.
Ligesom mennesker har galakser brug for mad. I tilfælde af galakser er denne ”mad” en forsyning med frisk brintgas fra den kosmiske bane, filamenter og glorier af mørkt stof, der udgør de største strukturer i universet. Når denne gas afkøles og falder i mørke stoffer, bliver den til en disk, der derefter kan køle endnu længere og til sidst fragmenteres i stjerner.
Når stjerner ældes og dør, kan de returnere noget af denne gas tilbage i galaksen enten via vind fra stjerner eller ved at gå supernova. Når massive stjerner dør i sådanne eksplosioner, opvarmer de gassen omkring dem og forhindrer den i at køle ganske så hurtigt ned. De giver hvad astronomer kalder "feedback": Stjerdannelse i galakser er således en selvreguleret proces. Varmen fra døende stjerner betyder, at kosmisk gas ikke køler ned til nye stjerner så let, hvilket i sidste ende sætter en bremse på, hvor mange nye stjerner der kan dannes.
De fleste af disse stjernedannende galakser er skive- eller spiralformede, ligesom vores Mælkevej.
Venstre: en spiral galakse brændes i det blå lys fra unge stjerner fra den igangværende stjernedannelse; til højre: en elliptisk galakse badet i det røde lys fra gamle stjerner. Billedkredit: Sloan Digital Sky Survey
Men der er en anden form for galakse, der har en meget anden form eller morfologi i astronom-parlance. Disse massive elliptiske galakser har en tendens til at se kugleformede eller fodboldformede. De er ikke næsten så aktive - de har mistet deres gasforsyning og er derfor ophørt med at danne nye stjerner. Deres stjerner bevæger sig på langt mere uordnede baner, hvilket giver dem deres bulkere, rundere form.
Disse elliptiske galakser adskiller sig på to hovedmåder: De danner ikke længere stjerner, og de har en anden form. Der må have sket noget temmelig dramatisk dem for at skabe så dybe ændringer. Hvad?
Blå = ung og rød = gammel?
Den grundlæggende opdeling af galakser i stjernedannende spiralgalakser, der brænder i det blå lys af massive, unge og kortvarige stjerner på den ene side og rolige elliptiske stoffer, der badede i den varme glød af gamle lavmasse stjerner på den anden side, går tilbage til de tidlige galakseundersøgelser fra det 20. århundrede.
Men når moderne undersøgelser som Sloan Digital Sky Survey (SDSS) begyndte at registrere hundreder af tusinder af galakser, begyndte objekter, der ikke helt passede ind i disse to brede kategorier.
Et betydeligt antal røde, rolige galakser er overhovedet ikke elliptiske, men bevarer nogenlunde en diskform. På en eller anden måde stoppede disse galakser med at danne stjerner uden dramatisk at ændre deres struktur.
På samme tid begyndte blå elliptiske galakser at overflade. Deres struktur ligner strukturen i "røde og døde" elliptiske stoffer, men de skinner i det lyse blå lys fra unge stjerner, hvilket indikerer, at stjernedannelse stadig pågår i dem.
Hvordan passer disse to ulige kugler - de røde spiraler og de blå elliptikaler - ind i vores billede af galakseudviklingen?
Galaxy Zoo giver borgerforskere mulighed for at klassificere galakser.
hos borgerforskerne
Som kandidatstuderende i Oxford ledte jeg efter nogle af disse oddball-galakser. Jeg var især interesseret i de blå elliptikaler og eventuelle ledetråd, de indeholdt i dannelsen af elliptiske galakser generelt.
På et tidspunkt tilbragte jeg en hel uge med at gennemgå næsten 50.000 galakser fra SDSS for øjet, da ingen af de tilgængelige algoritmer til klassificering af galakseform var så god, som jeg havde brug for, at den skulle være. Jeg fandt en hel del blå elliptika, men værdien af at klassificere alle de omkring en million galakser i SDSS med menneskelige øjne blev hurtigt tydelige. Selvfølgelig var det ikke muligt at gennemgå en million galakser.
En kort tid senere lancerede en gruppe af samarbejdspartnere og jeg galaxyzoo.org og inviterede medlemmer af offentligheden - borgerforskere - til at deltage i astrofysikforskning. Når du logget på Galaxy Zoo, vil du blive vist et billede af en galakse og et sæt knapper, der svarer til mulige klassifikationer, og en tutorial, der hjælper dig med at genkende de forskellige klasser.
Da vi stoppede med at registrere klassifikationer fra en kvart million mennesker, var hver en million galakser på Galaxy Zoo blevet klassificeret mere end 70 gange, hvilket gav mig pålidelige, menneskelige klassifikationer af galakseform, inklusive et mål for usikkerhed. Var 65 ud af 70 borgerforskere enige om, at denne galakse er en elliptisk? Godt! Hvis der overhovedet ikke er nogen aftale, er oplysningerne også.
At udnytte effekten af ”menneskets visdom” kombineret med den enestående menneskelige evne til mønstergenkendelse hjalp med at sortere gennem en million galakser og afslørede mange af de mindre almindelige blå elliptiske og røde spiraler til os at studere.
Farve-massediagram over galaksen. Blå, stjernedannende galakser er i bunden i den blå sky. Røde, rolige galakser er øverst i den røde sekvens. Den 'grønne dal' er overgangszonen imellem. Billedkredit: Schawinski + 14
Ubevidst bor i den grønne dal?
Krydset mellem galakseudviklingen er et sted, der kaldes “den grønne dal.” Dette kan lyde naturskønt, men henviser til befolkningen mellem de blå stjernedannende galakser (den “blå sky”) og de røde, passivt udviklende galakser (den “røde” sky sekvens”). Galakser med "grønne" eller mellemfarver skal være de galakser, hvor stjernedannelse er i færd med at slukke, men som stadig har en vis løbende stjernedannelse - hvilket indikerer, at processen kun blev lukket ned for kort tid siden, måske et par hundrede millioner år .
Som en nysgerrig side, kan oprindelsen af udtrykket ”grøn dal” faktisk vende tilbage til en tale holdt på University of Arizona om galakseudvikling, hvor taleren beskrev galakse-farvemassediagrammet, kaldte et publikum : “Den grønne dal, hvor galakser går til dø!” Green Valley, Arizona, er et pensioneringssamfund lige uden for universitetets hjemby, Tucson.
For vores projekt kom det virkelig spændende øjeblik, da vi kiggede på den hastighed, som forskellige galakser døde. Vi fandt, at de langsomt døende er spiraler, og de hurtigt døende er elliptiske stoffer. Der skal være to grundlæggende forskellige evolutionære veje, der fører til slukning i galakser. Da vi udforskede disse to scenarier - dør langsomt og døde hurtigt - blev det tydeligt, at disse to veje skal knyttes til den gasforsyning, der brænder stjernedannelse i første omgang.
Forestil dig en spiralgalakse som vores egen Mælkeveje, der konverterer glade til stjerner, når der fortsætter med at flyde ny gas. Så sker der noget, der slukker for forsyningen med frisk udvendig gas: måske faldt galaksen i en massiv klynge af galakser, hvor den varme intra-klynge gas afskærer frisk gas udefra, eller måske den mørke stof halo i galaksen voksede så meget, at gas, der falder ned i det, bliver chok opvarmet til en så høj temperatur, at det ikke kan køle ned i universets alder. Under alle omstændigheder er spiralgalaksen nu tilbage med bare den gas, den har i sit reservoir.
Da disse reservoirer kan være enorme, og omdannelsen af gas til stjerner er en meget langsom proces, kunne vores spiralgalakse fortsætte i et ganske stykke tid og se "levende" ud med nye stjerner, mens den faktiske stjernedannelsesfrekvens falder over flere milliarder år . Den iskaldte langsomhed med at bruge det resterende gasreservoir betyder, at da vi indser, at en galakse er i terminalafgang, skete "triggermomentet" for milliarder af år siden.
Et Hubble-billede af en del af Andromeda-galaksen, som ligesom vores Mælkevej muligvis er en galaktisk zombie. Billedkredit: NASA, ESA, J. Dalcanton, B.F. Williams og L.C. Johnson (University of Washington), PHAT-teamet, og R. Gendler
Andromeda-galaksen, vores nærmeste massive spiralgalakse, er i den grønne dal og begyndte sandsynligvis sin tilbagegang for eons siden: Det er en zombie-galakse, ifølge vores seneste forskning. Den er død, men fortsætter med at bevæge sig, og producerer stadig stjerner, men i en reduceret hastighed sammenlignet med hvad den skulle, hvis det stadig var en normal stjernedannende galakse. Det er meget mere udfordrende at finde ud af, om Mælkevejen er i den grønne dal - under nedlukning - da vi er i Mælkevejen og ikke let kan måle dens integrerede egenskaber, som vi kan for fjerne galakser.
Selv med de mere usikre data ser det ud til, at Mælkevejen er lige ved kanten, klar til at tumle ned i den grønne dal. Det er helt muligt, at Mælkevejen er en zombie, der er død for en milliard år siden.
Kevin Schawinski, assisterende professor i Galaxy & Black Hole Astrophysics, Swiss Swiss Institute of Technology Zürich
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.