vânătoare de fosile galactice

când astronomii privesc în ceruri, ei privesc și înapoi în timp. Deci, când oamenii de știință observă o galaxie aflată la un miliard de ani-lumină de pământ, ei văd și cum sistemul stelar a apărut cu un miliard de ani în trecut, deoarece lumina din galaxie a avut nevoie de un miliard de ani pentru a ajunge la instrumentele lor. Aceasta transformă telescoapele în mașini ale timpului care permit astronomilor să exploreze istoria cosmică antică. Cu toate acestea, spre deosebire de arheologii legați de pământ care studiază roci vechi, astronomii examinează fosile făcute din lumină primordială.

• ghid pentru începători în universul LCDM
  este posibil ca galaxiile îndepărtate să se îndepărteze de noi mai repede decât viteza luminii? Urmăriți o imagine exactă a Universului bazată pe modelul Lambda Cold Dark Matter, cel mai bun model cosmologic de astăzi.
• Sursa: CassiopeiaProject

originea și evoluția galaxiilor sunt două dintre cele mai cercetate domenii în astrofizică. O greutate covârșitoare a dovezilor i-a convins pe cosmologi că Universul a apărut într-un moment definit în timp, cu aproximativ 13,6 miliarde de ani în urmă, sub forma unei mingi de foc super-fierbinți și super dense de radiații energetice cunoscute sub numele de evenimentul Big Bang.
astăzi, modelul Lambda Cold Dark Matter (sau LCDM) este cea mai recentă încarnare a înțelegerii noastre despre originea cosmosului. Reprezintă o îmbunătățire a teoriei big bang prin poziționarea majorității substanței fizice din Univers constă dintr-un material numit materie întunecată.
deși nu poate fi detectată de instrumentele actuale, cosmologii cred că materia întunecată este compusă din particule reci cu mișcare lentă, care nu emit radiații electromagnetice sau împrăștie lumină, astfel încât ele par, de asemenea, întunecate. Cu toate acestea, efectul gravitațional al materiei întunecate poate fi observat asupra materialului vizibil, cum ar fi galaxiile și observațiile radiației de fond.

• Clumpy early univers
  halouri mici de materie întunecată pot fi văzute fuzionând în această simulare computerizată a Universului timpuriu bazată pe teoria materiei întunecate reci Lambda. În plus, fuziunile produc o proto-galaxie.

Lambda în numele teoriei explică prezența energiei întunecate, o forță ipotetică care pare să accelereze expansiunea Universului. Teoria a fost publicată inițial în 1984 de fizicienii americani Joel R. Primack, George Blumenthal și Sandra Moore Faber. Astăzi, este, de asemenea, menționată ca modelul cosmologic standard.

conform teoriei LCDM, Universul a fost intens fierbinte, remarcabil de neted și esențial omogen imediat după Big Bang. Cu toate acestea, fluctuațiile mici ale densității, mai puțin de o parte dintr-o sută de mii, au început să apară și să crească. Pe măsură ce universul s-a răcit, aglomerările de materie întunecată au început să se condenseze și în interiorul lor s-au format molecule de gaz. În acest moment, universul era compus aproape exclusiv din hidrogen, heliu și materie întunecată. Aceasta este perioada în care a fost emisă radiația cosmică de fond cu microunde.
gazul și materia întunecată au fost atrase gravitațional de zonele cu densitate mai mare și au format halouri care au reprezentat semințele pentru primele galaxii. Pe măsură ce halourile au devenit mai masive, au început să se prăbușească sub propria greutate și au devenit proto-galaxii. Curând după aceea, hidrogenul și heliul gazos din halouri au început să facă primele stele. Apoi, în timp, halourile s-au contopit pentru a forma galaxii din ce în ce mai mari.

• inelele și arcurile nu sunt singurele dovezi ale unei fuziuni antice prin satelit. Această animație simulează fuziunea a numeroase galaxii însoțitoare și demonstrează că sunt posibile și pene, sulițe, vârfuri și cochilii care înconjoară galaxia primară.
• model de animație de credit: James Bullock (UC Irvine)

simulările pe Computer au permis teoreticienilor să urmărească evoluția materiei în univers de la scurt timp după Big Bang până de curând. Aceste simulări susțin că formarea galaxiilor în prezența materiei întunecate reci are loc ierarhic – primele galaxii care se formează sunt pitice mici și acestea se îmbină ulterior pentru a forma sisteme stelare progresiv mai mari. Prin urmare, galaxiile mari precum Calea Lactee trebuie să fi consumat o sută sau mai multe galaxii pitice mici de-a lungul timpului. Cu toate acestea, multe dintre ele pot fi atât de bine amestecate cu stelele galaxiei lor părinte, încât nu mai sunt ușor de identificat.
fuziuni făcute în cer
cea mai spectaculoasă manifestare a acestui proces poate fi coalescența galaxiilor de dimensiuni comparabile într-un proces cunoscut sub numele de fuziune majoră. Aceste evenimente duc adesea la distrugerea modelului spiralat în ambele galaxii care fuzionează. Fuziunile majore pot declanșa, de asemenea, explozii de stele. Astfel de evenimente au fost relativ rare în ultimele miliarde de ani și doar un mic procent din galaxiile mari sunt implicate într-o fuziune majoră în curs de desfășurare în orice moment.

cu toate acestea, fuziunile minore care implică întreruperea unei galaxii satelit pitic de către un companion mult mai masiv sunt de așteptat să fie semnificativ mai frecvente. Conform modelului LCDM, fuziunile minore ar trebui să aibă loc și astăzi. Deoarece discul stelar al partenerului mai mare nu este distrus în timpul unei fuziuni minore, semnele evenimentelor recente sau în curs ar trebui să fie evidente în jurul multor spirale, cel mai frecvent tip de galaxie mare.
firimituri cosmice de pâine

• Galaxia pitică Săgetător
  fluxul mareic Săgetător al Căii Lactee poate fi văzut extinzându-se din miezul dens al piticului Săgetător, înfășurându-se în jurul galaxiei și coborând prin poziția Soarelui.
• animație credit David Law/Universitatea din Virginia

refluxul și fluxul mareelor sunt create atunci când Luna atrage planeta noastră și oceanele sale diferențiat. În mod similar, o spirală mare deformează o galaxie satelit care orbitează exercitând o atracție mai puternică pe o parte decât pe cealaltă. În acest proces, unele dintre stelele satelitului sunt îndepărtate ca o urmă de firimituri de pâine care lasă o înregistrare fosilă sub forma unei structuri stelare de maree. În timpul fuziunii lor, stelele dintr-o galaxie satelit pot fi trase în fluxuri lungi, depuse în cochilii vaste de resturi sau măturate în structuri enorme în formă de umbrelă care înconjoară galaxia mamă și rămân detectabile timp de câteva miliarde de ani ca o relicvă cosmică gigantică.
dovezi ale primului flux stelar au fost descoperite în galaxia Calea Lactee în anii ‘ 90. cunoscută sub numele de piticul Săgetător eliptic, această mică galaxie satelit orbitează pe o cale perpendiculară pe planul stelar larg al Căii Lactee, determinând-o să treacă prin galaxia noastră. Cu fiecare trecere prin Disc, stelele sunt îndepărtate formând un flux subțire.
de la descoperirea galaxiei pitice Săgetător, peste 15 fluxuri de stele au fost identificate în Halo galaxia noastră de origine și 4 au fost descoperite în galaxia Andromeda, cel mai apropiat vecin galactic al nostru.
cu toate acestea, dovezile fluxurilor de maree dincolo de Grupul Local au fost în mare parte anecdotice până de curând.

• galaxie într-un balon. NGC3521 este situat la aproximativ 35 de milioane de ani lumină în depărtare spre constelația nordică a leului. Această nouă imagine profundă prezintă mai multe cochilii de resturi care demonstrează fuziunile anterioare cu una sau mai multe galaxii satelit.
• sursă foto: R. Jay GaBany Cosmotography.com

dincolo de Grupul Local
în ultimii șase ani, Dr.David Martiincluxnez-Delgado de la Institutul Max Planck pentru astronomie a condus o echipă internațională de astronomi profesioniști și amatori care caută fluxuri stelare în jurul a opt spirale apropiate dincolo de Grupul Local, Analizând imagini ultra-profunde produse cu instrumente de dimensiuni modeste, disponibile în comerț. Eforturile lor au dus la descoperirea a șase structuri stelare extinse care înconjoară mai multe dintre galaxiile cercetate. Aceste caracteristici nedetectate anterior au fost interpretate ca resturi de la sateliți perturbați tidally. În plus, cercetările lor au confirmat și clarificat câteva caracteristici stelare enorme care au fost raportate anterior, dar niciodată interpretate ca dovezi fosile ale fuziunilor minore.

• Galaxia umbrelă, NGC4651, este situată în constelația Coma Berenices și situată la aproximativ 35 de milioane de ani lumină de planeta noastră. Această nouă viziune afișează dovezi ale fuziunilor anterioare cu una sau mai multe galaxii satelit.
  învelișul resturilor stelare aparent străpuns de o suliță îngustă de maree este în concordanță cu predicțiile bazate pe modelul standard.
• sursă foto: R. Jay GaBany Cosmotography.com

setul de galaxii a prezentat caracteristici neașteptate, extrem de diverse, cum ar fi caracteristici circulare mari asemănătoare cu fluxul Săgetător al Căii Lactee, scoici îndepărtate și nori uriași de resturi de maree, precum și caracteristici enorme asemănătoare jetului care apar din discurile galactice. Împreună cu rămășițele însoțitorilor deja perturbați, observațiile au capturat și sateliții supraviețuitori prinși în Actul de întrerupere a mareelor.
la începutul anului 2011, a fost finalizată o nouă imagine a NGC 3521 care îmbunătățește datele colectate inițial pentru sondaj. Situat la 35 de milioane de ani lumină de planeta noastră spre constelația nordică a leului, acest sistem stelar a fost clasificat clasic ca galaxie floculentă datorită cantității enorme de material care îi ascunde parțial structura spirală.
cu toate acestea, noua imagine ultra-profundă dezvăluie dovezi ale uneia sau mai multor fuziuni anterioare cu galaxii pitice care au lăsat substructuri perceptibile, cum ar fi un nor aproape sferic de resturi vizibile pe partea sa estică și un nor mare, alungit spre vest. Ambele reprezintă cochilii de resturi aparținând unei structuri asemănătoare unei umbrele similare cu cea văzută în imaginile dinngc 4651. Dar, aspectul lor mai slab sugerează că au fost acumulate mult mai departe în trecut. În plus, GALAXIA este învăluită într-o bulă de mai multe cochilii de resturi care pot reprezenta dovezi suplimentare ale fuziunilor antice.
alte galaxii floculente s-au dovedit, de asemenea, că au rămășițe de flux stelar, cum ar fi NGC 5055 (M63), ceea ce i-a determinat pe unii să speculeze că acest fenomen poate fi legat de fuziunile minore anterioare.
o comparație cusimularea pe calculator a confirmat varietatea extraordinară de structuri detectate de echipa Delgado. Existența caracteristicilor mareelor în jurul galaxiilor îndepărtate care par a fi normale, din toate celelalte aspecte, și potrivirea lor cu simulările LCDM au constituit noi dovezi că modelul standard se aplică și galaxiilor îndepărtate similare cu Calea Lactee.
la fel ca arheologii cosmici, astronomii excavează lumina antică pentru a descoperi adevărul despre nașterea și dezvoltarea galaxiilor. Fluxurile stelare, relicve ale procesului de fuziune ierarhică prezis de teoria LCDM, au fost identificate pentru prima dată în Calea Lactee și în alte galaxii din Grupul Local. Acum, structuri similare au fost observate în galaxii mult mai îndepărtate. Combinate, aceste observații susțin cea mai bună teorie actuală care explică modul în care Universul și tot ceea ce se află în el au apărut și au evoluat până în prezent.
cu toate acestea, cartea cunoștințelor științifice este scrisă pe pagini libere care sunt revizuite, re-sortate și uneori eliminate în timp, când sunt dezgropate informații noi. Prin urmare, spre deosebire de fosilele legate de pământ, nimic cosmologic nu ar trebui considerat gravat în piatră, deoarece există întotdeauna ceva nou care iese la lumină chiar peste orizontul nostru.
citește și:
– un sondaj Pilot cu telescoape cu diafragmă modestă
– Universul Model