James Webb: galaxisgyilkos szelet fedezett fel az űrtávcső

Döbbenetes „galaxisgyilkos szél” nyomára bukkantak az idő hajnalán, ami azt is előrevetítheti, hogy milyen lesz tágabb galaktikus hazánk, a Tejútrendszer halála. A James Webb űrtávcsővel végzett legfrissebb megfigyelések azt mutatják, hogy az ősi galaxisok, az univerzum korai időszakában rövid ideig éltek és viszonylag gyorsan elpusztultak a furcsa intergalaktikus szelek hajtotta összeütközések miatt.

A CRISTAL-02 galaxisrendszer illusztrációja, amelyen a gázkiáramlás majdnem akkora, mint maga a rendszer Fotó: Joshua Worth via Creative Commons

Az univerzum fejlődéstörténete az ősrobbanástól   Fotó: ELTE

A galaktikus szeleket már korábban is galaxispusztító jelenségnek tekintették, 

de a csillagászoknak nem volt arra közvetlen bizonyítékuk, hogy ez a folyamat érdemi módon elnyomhatta-e a csillagkeletkezést az univerzum ilyen korai szakaszában. 

A Monthly Notices of the Royal Astronomical Society tudományos szakfolyóiratban most június 10-én megjelent tanulmányban egy nemzetközi tudóscsoport leírta, hogyan tudják a csillagok hajtotta szelek kioltani a galaxisokat, létrehozva a James Webb űrtávcsővel megfigyelt nyugalmi struktúrák rendkívül nagy számát.

Hatalmas erejű csillagszelek söpörhetnek végig a galaxisokon

A kutatók a James Webb űrteleszkóp és a chilei Atacama Large Millimeter/submillimeter Array rádióteleszkóp segítségével figyelték meg a CRISTAL-02 nevű galaxisrendszert, amely az ősrobbanás után mindössze egymilliárd évvel már létezett. A Nap tömegénél körülbelül tízmilliárdszor nagyobb tömegű CRISTAL-02 egy olyan galaktikus összeolvadás, amely egy többgalaxisos ütközés utolsó fázisát képviseli.

A CRISTAL-02 művészi ábrája   Fotó: Joshua Worth via Creative Commons

 A csillagászok egy olyan hatalmas gázfelhőt is megfigyeltek a CRISTAL-02 rendszerében, amely majdnem olyan hosszú mint maga a galaxisrendszer, és másodpercenként több száz kilométeres sebességgel távozik a kozmikus térbe. 

Ezt a hatalmas, 1,5 milliárd naptömeget magában foglaló kiáramlást úgy tűnik, hogy a csillagkeletkezés gyors robbanásai, valamint a csillagok pusztulása által generált intenzív szelek okozzák- írják a tanulmány szerzői. 

A két galaxis egyesülésének késői fázisában lévő NGC 520   Fotó: NASA/ESA

Mindkét folyamat a galaxisok ütközésekor játszódik le, amikor a csillagvárosokban lévő kiterjed kozmikus gáz-, illetve porfelhők kerülnek kapcsolatba egymással új csillagokat hozva létre, köztük rendkívül nagy tömegűeket is, amelyek alig néhány millió éven belül heves szupernóva-robbanásokban pusztulnak el. 

Szupernóva-robbanás művészi ábrája  Fotó: AFP

Az ezekből a fiatal csillagokból, valamint a már haldokló idősebb testvéreikből kibocsátott intenzív radioaktív szél azáltal akadályozhatja meg a galaxison belüli további csillagkeletkezést, hogy energiával tölti fel és szétszórja a hideg molekuláris gázt még azt megelőzően, hogy ezek a gázok a gravitáció hatására olyan gócokba tömörülhetnének össze, amelyek az új csillagok bölcsői.

Ez lehet az oka a korai galaxisok gyors halálának

„A galaxisban olyan erős szél keletkezik, ami kétszer annyira gyorsan dobja ki az anyagot, mint ahogy a galaxis új csillagokat hozhatna létre” – mondja Rebecca Davies, az ausztrál Swinburne Műszaki Egyetem asztrofizikusa és a tanulmány első szerzője, akit a Live Science tudományos hírportál idéz. A CRISTAL-02 galaxisrendszerben évente körülbelül 260 új, naptömegű csillag keletkezhet, ami háromszor gyorsabb ütemnek számít, mint a hasonló tömegű és korú galaxisoknál. 

Az Arp 148 kölcsönható galaxispár, melynek egyik tagja az ütközés miatt gyűrűs galaxissá alakult   Fotó: NASA/ESA

Ugyanakkor évente több mint 500 naptömeget veszít – hússzor gyorsabban, mint a tipikus nagy tömegű galaxisok – állapították meg a kutatók. „Eddig nem sokat tudtunk arról, hogyan szűnt meg az első galaxisokban a csillagok kialakulása.  Ez a munka közvetlenül mutatja be ezt a folyamatot működés közben” – mondja Andreas Faisst, a Kaliforniai Műszaki Egyetem (Caltech) megfigyelőcsillagásza és a tanulmány társszerzője. 

„Ha a kiáramlás folytatódik, a galaxis kevesebb mint 100 millió éven belül kifogy a csillagok kialakulásához szükséges gázból, ami asztrofizikai értelemben csak egy szempillantásnak számít” – magyarázza a Caltech kutatásban részt vett asztronómusa. 

Az NGC 6621 és  NGC 6622 kölcsönható galaxispár. A galaxisok mögött hosszú árapálycsóva látható   Fotó: NASA/ESA

A kutatás a galaktikus öregedés, vagyis a fokozatos hanyatlás folyamatát vázolja fel. 

„A korai nagy tömegű galaxisok közel fele kölcsönhatásban áll más közeli galaxisokkal, ami arra utal, hogy ez nem valamiféle egyedi furcsaság, hanem egy széles körben elterjedt kozmikus jelenség” – tette hozzá Rebecca Davies.

Lassan, de feltartóztathatatlanul közeledik az Androméda-galaxis a Tejútrendszerhez

A korábbi szimulációk azonban arra utaltak, hogy a nyugalmi állapotba került halott galaxisok létrejöttéért elsősorban az aktív fekete lyukakból – és nem a csillagokból – származó kiáramlások a felelősek. 

A csillagok keltette kozmikus szelek miatt relatíve gyorsan megszűnik a csillagkeletkezés, de a fekete lyukak által vezérelt kiáramlások akár több százmillió évig is eltarthatnak. 

Egy fekete lyuk művészi ábrája   Fotó: American Scientefic

Ezért a kutatók azt sem zárhatják ki, hogy a CRISTAL-02 kiáramlását egy olyan erős fekete lyuk generálta, amely a megfigyelés idején inaktív volt. A kutatók összehasonlították a CRISTAL-02 kiáramlását 99 másik hasonló kiáramlásból álló mintával - amelyek 12 milliárd évet öleltek fel -, hogy megállapítsák, vajon ez a visszacsatolási folyamat idővel fejlődik-e. 

Felfedezték, hogy a kiáramlás hatékonysága nagyjából állandó maradt a kozmosz története során, még akkor is, ha a galaxisok belső tulajdonságai megváltoztak az univerzum öregedésével és tágulásával. 

Az univerzum korai időszakából származó ősi ütköző galaxisok   Fotó: NASA/ESA

A felfedezés hozzásegítheti a csillagászokat olyan kozmológiai szimulációk kifejlesztéséhez, amelyek megmutathatják, hogy az univerzum miért néz ki és viselkedik úgy, ahogyan ma látjuk. 

„Ha sok korai galaxis ütközik és gyorsan növekszik, akkor talán nem meglepő, hogy ennyi halott galaxist láthatunk a fiatal univerzumban” – magyarázza Rebecca Davies, a tanulmány vezető szerzője. „A CRISTAL-02 természetes megoldást kínál arra a rejtélyre, hogy ezek a hatalmas galaxisok miért élnek rövid ideig és halnak meg fiatalon” – fűzi hozzá a kutató.

A hozzánk legközelebbi csillagváros, a 2,5 millió fényévre fekvő Androméda-galaxis   Fotó: David (Deddy) Dayag  / Wikimedia Commons

Ezek a folyamatok ma is működnek, irányítva galaxisunk lokális, csillagokban sűrű szektorait, de a távoli jövőjét is meghatározhatják, mivel a Tejútrendszer körülbelül 4,5 milliárd év múlva összeütközhet legnagyobb és legközelebbi kozmikus szomszédunkkal, az Androméda-galaxissal. 

Amikor a jövőben ez az egyesülés bekövetkezik, „valószínűleg egy erős csillagszéllel együttjáró csillagkitörést indít el – talán hasonlót, mint amit a CRISTAL-02-ben látunk” – magyarázza a folyamat lényegét Andreas Faisst. 

Így fog kinézni a Földről a közeledő és a Tejútrendszerrel ütköző Androméda-galaxis  Fotó: NASA/ESA

Az ütközés vagy egyesülés után az Androméda-galaxisból és Tejútrendszerből - e két spirális csillagvárosból - valószínűleg egyetlen nagy és halott elliptikus galaxis fog kialakulni. Ezt azonban bizonyosan nem fogjuk látni, mert amikor bekövetkezik, már rég nem lesz emberiség.

Az alapul szolgáló tanulmány teljes terjedelmében és angol nyelven itt olvasható el.

A James Webb űrtávcső segítségével végzett megfigyelések kimutatták, hogy:

• az univerzum korai nagy galaxisai viszonylag gyors halálának az az oka,
• hogy e galaxisok ütközése során rendkívül erős csillagszelek keletkeznek,
• amelyek kioltják a csillagkeletkezést, és ezáltal a galaxis inaktív, halott állapotba kerül.