Wreszcie odkryto jak powstają gwiazdy

Dzięki możliwościom teleskopu ASKAP możliwe było szczegółowe zbadanie blisko 1000 galaktyk. Było to najszersze tego typu badanie do tej pory. Astronomowie odkryli, że kluczowym czynnikiem w procesie powstawania gwiazd jest nie tylko ilość gazu w galaktyce, ale także jego położenie. 

Odkrycia dokonano w ramach szeroko zakrojonych obserwacji radiowych przeprowadzonych przy użyciu australijskiego teleskopu ASKAP i opublikowanych w czasopiśmie Publications of the Astronomical Society of Australia przez naukowców z ICRAR - Międzynarodowego Centrum Badań Radioastronomicznych.

Po raz pierwszy w ramach dużego przeglądu WALLABY przeanalizowano rozkład gazu w prawie 1000 galaktyk. Widefield ASKAP L-band Legacy All-sky Blind surveY to jeden z najambitniejszych projektów radioastronomicznych, którego celem jest obserwacja połowy południowej półkuli w linii 21 cm neutralnego wodoru przy rozdzielczości 30 sekund łuku, co pozwala na wykrycie i obrazowanie rozkładu gazu w setkach tysięcy zewnętrznych galaktyk w lokalnym Wszechświecie.

Wyniki te przeczą wcześniejszym teoriom: sama obecność gazu w galaktyce nie gwarantuje narodzin nowych gwiazd, jak dotychczas sądzono. Główna autorka badania, doktorantka Seona Lee z University of Western Australia podkreśliła znaczenie odkrycia: "Naprawdę ekscytujące było obserwowanie korelacji między powstawaniem gwiazd a obecnością wodoru atomowego".

Tradycyjny pogląd głosił, że im więcej gazu - zwłaszcza wodoru - znajduje się w galaktyce, tym aktywniej przebiega proces powstawania gwiazd. Jednak nowe badania pokazują, że nie całkowita masa gazu jest istotna, lecz jego lokalne stężenie. Tylko jeśli wodór atomowy gromadzi się w określonych rejonach galaktyki, mogą tam powstać gwiazdy.

Podczas gdy wcześniejsze przeglądy mogły mapować rozkład gazu tylko w kilkuset galaktykach, badanie WALLABY z powodzeniem zmapowało wodór atomowy w znacznie większej próbie galaktyk. Badanie ujawniło, że posiadanie większej ilości gazu w galaktyce nie oznacza automatycznie, że będzie ona tworzyć więcej gwiazd. Zamiast tego galaktyki, które formują gwiazdy, zwykle mają wyższą koncentrację gazu w obszarach, gdzie znajdują się gwiazdy.

Professor Barbara Catinella, starsza badaczka w ICRAR i współkierowniczka projektu WALLABY, wyjaśnia to zjawisko za pomocą kulinarnej analogii: "Tworzenie gwiazd jest jak pieczenie ciasta. Różne ciasta wymagają różnej ilości mąki. Ale jeśli chcesz upiec ciasto, liczy się ilość mąki w misce, a nie w opakowaniu. To samo dotyczy gazu w galaktyce".

"Podczas gdy różne ciasta wymagają różnych ilości mąki, aby upiec ciasto właściwie, skupiasz się na mące, która jest w misce, a nie na nieużywanej mące pozostawionej w opakowaniu" - dodaje profesor Catinella. "Podobnie, zrozumienie tego, jak powstają gwiazdy, wymaga od nas pomiaru gazu atomowego tam, gdzie gwiazdy rzeczywiście się formują, a nie uwzględniania całkowitej zawartości gazu, która obejmuje nieużywany gaz w zewnętrznych regionach".

Przed powstaniem ASKAP astronomowie mogli badać strukturę gazu zaledwie w kilkuset galaktykach. Dzięki wysokiej czułości i szerokiemu polu widzenia ASKAP był w stanie szczegółowo zbadać prawie 1000 galaktyk - było to największe tego typu badanie do tej pory. Obserwacje o wysokiej rozdzielczości z teleskopów takich jak ASKAP, należący do CSIRO - australijskiej narodowej agencji naukowej - pozwoliły Lee zmierzyć lokalizację i gęstość gazu atomowego dla bezprecedensowej liczby galaktyk.

"Aby zrozumieć, w jaki sposób powstają gwiazdy, trzeba zbadać gaz dokładnie w tych regionach, w których to się dzieje" - dodaje Lee. "Pozwala nam to oszacować, ile gazu jest faktycznie zaangażowane w ten proces". Efektywne powstawanie gwiazd zależy od pomiaru gazu tam, gdzie gwiazdy aktywnie się formują, a nie nieużywanych rezerw znajdujących się w zewnętrznych regionach galaktyki.

ASKAP nie tylko "widzi" gaz, aber także szczegółowo mapuje jego rozmieszczenie, tworząc trójwymiarowy obraz rozmieszczenia atomów wodoru w dyskach galaktycznych. Teleskop ASKAP, znajdujący się w Inyarrimanha Ilgari Bundara, Obserwatorium Radioastronomicznym Murchison CSIRO w Australii Zachodniej, zapewnia obserwacje o wysokiej rozdzielczości potrzebne do określenia lokalizacji i gęsości gazu w bezprecedensowej liczbie galaktyk.

Wyniki ujawniają wyraźny trend. Ilość powstawania gwiazd jest znacznie bardziej związana z ilością gazu wodorowego w obrębie dysku gwiezdnego niż z gazem znajdującym się dalej. Ten zewnętrzny gaz, nawet gdy jest obfity, wydaje się odgrywać niewielką bezpośrednią rolę w zasilaniu nowych gwiazd. Pomaga to wyjaśnić długotrwałą zagadkę - dlaczego niektóre galaktyki z dużymi rezerwami gazu tworzą stosunkowo niewiele gwiazd.

Pomaga to udoskonalić modele ewolucji galaktyk i odkryć mechanizmy stojące za powstawaniem gwiazd. Przełomowe badanie oznacza znaczący krok naprzód w naszym zrozumieniu ewolucji galaktyk i formowania się gwiazd. W miarę jak ASKAP i inne teleskopy radioastronomiczne nowej generacji będą nadal przesuwać granice tego, co możemy obserwować, będziemy mogli zagłębić się w kosmiczną przeszłość i obserwować powstawanie gwiazd na przestrzeni miliardów lat historii galaktyk.