Starburst Galaxies: Hotbeds of Star Formation

Rommet mellom galaksene kan se tomt ut, men det er det ikke. Den er fylt med gasser og noen ganger strømmer av stjerner som ser ut til å bue mellom galakser. Space Telescope Science Institute

Universet er fylt med galakser , som selv er fylt med stjerner. På et eller annet tidspunkt i livet sitt var hver galakse full av stjernedannelse i enorme skyer av hydrogengass. Selv i dag ser det ut til at noen galakser har mer enn den vanlige mengden stjernefødselsaktivitet, og astronomer vil vite hvorfor. Det var så mange stjerner som ble født i noen galakser i tidligere tider at de sannsynligvis så ut som kosmiske fyrverkeriutbrudd. Astronomer omtaler disse arnestedene for stjernefødsel som 'stjerneutbruddsgalakser.'

Viktige takeaways: Starburst Galaxies

• Starburst-galakser er galakser der høye stjernedannelser har skjedd veldig raskt.
• Nesten alle typer galakser kan gjennomgå stjerneutbrudd hvis forholdene er riktige.
• Astronomer vet at stjerneutbruddsgalakser ofte er involvert i fusjoner som blander stjerner og gass. Sjokkbølger presser gassen, noe som setter i gang stjerneskuddaktiviteten.

Starburst-galakser har uvanlig høye stjernedannelser, og disse utbruddene varer i kort tid i løpet av galaksens lange levetid. Det er fordi stjernedannelse brenner gjennom gassreservene til galaksen veldig raskt.

Det er sannsynlig at det plutselige utbruddet av stjernefødsel utløses av en bestemt hendelse. I de fleste tilfeller gjør en galaksesammenslåing susen. Det er da to eller flere galakser smelter sammen i en lang gravitasjonsdans og til slutt smelter sammen. Under sammenslåingen blandes gassene fra alle de involverte galaksene sammen. Kollisjonen sender sjokkbølger gjennom disse gasskyene, som komprimerer gassene og setter i gang utbrudd av stjernedannelse.

Egenskaper til Starburst-galakser

Starburst-galakser er ikke en 'ny' type galakse, men ganske enkelt en galakse (eller blandede galakser) i en bestemt fase av deres utvikling. Likevel er det noen egenskaper som dukker opp i de fleste starburst-galakser:

• en veldig rask stjernedannelseshastighet. Disse galaksene vil produsere stjerner med hastigheter godt over gjennomsnittshastigheten til de fleste 'vanlige' galakser;
• tilgjengelighet av gass og støv. Noen galakser kan ha høyere stjernedannelseshastigheter enn normalt på grunn av deres høye volumer av gass og støv. Noen stjerneutbruddsgalakser har imidlertid ikke reservene til å rettferdiggjøre hvorfor de ville ha så høye stjernedannelser, så sammenslåinger er kanskje ikke den eneste forklaringen;
• stjernedannelseshastigheten er inkonsistent med galaksens alder. Hovedpoenget er at den nåværende stjernedannelseshastigheten ikke kan ha vært konstant siden dannelsen av galaksen gitt dens alder. En eldre galakse ville rett og slett ikke ha nok gass til overs til å holde oppe stjernefødselsaksjonen i milliarder av år. I noen stjerneutbruddsgalakser ser astronomer et plutselig utbrudd av stjernefødsel, og ofte er forklaringen en sammenslåing eller tilfeldig møte med en annen galakse.

Astronomer sammenligner noen ganger også stjernedannelseshastigheten i en galakse i forhold til dens rotasjonsperiode. Hvis for eksempel galaksen tømmer ut all tilgjengelig gass i løpet av én rotasjon av galaksen (gitt den høye stjernedannelseshastigheten), kan den betraktes som en stjerneutbruddsgalakse. Melkeveien roterer en gang hvert 220. millioner år; noen galakser går mye saktere, andre raskere.

En annen allment akseptert metode for å se om en galakse er et stjerneutbrudd er å sammenligne stjernedannelseshastigheten med universets alder. Hvis den nåværende hastigheten ville tømme all tilgjengelig gass på kortere tid enn 13,7 milliarder år, er det mulig at en gitt galakse kan være i en stjerneutbruddstilstand.

Kommentert bilde som viser blendende øyelokklignende trekk sprengt av stjerner i galaksen IC 2163. En tsunami av stjerner og gass utløst av en glimrende kollisjon med galaksen NGC 2207 (en del av spiralarmen er vist på høyre side av bildet). ALMA-bilde av karbonmonoksid (oransje), som avslørte bevegelse av gassen i disse funksjonene, vises på toppen av Hubble-bildet (blått) av galaksen. M. Kaufman; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); SJEL (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble-romteleskopet

Typer Starburst-galakser

Starburst-aktivitet kan forekomme i galakser som strekker seg fra spiraler til uregelmessige . Astronomer som studerer disse objektene klassifiserer dem i undertyper som hjelper til med å beskrive deres alder og andre egenskaper. Starburst-galaksetyper inkluderer:

• Wolf-Rayet galakser: definert av forholdet mellom lyse stjerner som faller inn under Wolf-Rayet-klassifiseringen. Galakser av denne typen har områder med høy stjernevind, drevet av Wolf-Rayet-stjernene. Disse stjernemonstrene er utrolig massive og lysende og har veldig høye mengder tap. Vindene de produserer kan kollidere med gassområder og drive rask stjernedannelse.
• Blå kompakte galakser: lavmassegalakser som en gang ble antatt å være unge galakser, som nettopp begynte å danne stjerner. Imidlertid inneholder de vanligvis bestander av svært gamle stjerner. Det er vanligvis en god pekepinn på at galaksen er ganske gammel. Astronomer mistenker nå at blå kompakte galakser faktisk er et resultat av sammenslåinger mellom galakser i ulik alder. Når de kolliderer, øker stjerneutbruddsaktiviteten og lyser opp galaksene.
• Lysende infrarøde galakser: svake, skjulte galakser som er vanskelige å studere fordi de inneholder høye nivåer av støv som kan skjule observasjon. Typiskinfrarød strålingoppdaget av teleskoper brukes til å trenge gjennom støvet. Det gir ledetråder til økt stjernedannelse. Noen av disse objektene har vist seg å inneholde flere supermassive sorte hull , som kan stenge stjernedannelsen. Økningen i stjernefødsel i slike galakser må være et resultat av en nylig galaksesammenslåing.

Årsak til økt stjernedannelse

Selv om sammenslåingen av galakser er utpekt som hovedårsaken til stjernefødsel i disse galaksene, er de nøyaktige prosessene ikke godt forstått. Delvis skyldes dette det faktum at stjerneutbruddsgalakser kommer i mange former og størrelser, så det kan være mer enn én tilstand som fører til økt stjernedannelse. Men for at en stjerneutbruddsgalakse skal dannes, må det være mye gass tilgjengelig for å generere de nye stjernene. Dessuten må noe forstyrre gassen, for å starte gravitasjonskollapsprosessen som fører til dannelsen av nye objekter. Disse to kravene førte til at astronomer mistenkte galaksesammenslåinger og sjokkbølger som to prosesser som kan føre til stjerneutbruddsgalakser.

Centaurus En galakse har et massivt svart hull i hjertet som aktivt sluker opp materiale. Handlingene til slike aktive galaktiske kjerner kan spille en rolle i stjerneutbrudd i galakser. ESO/WFI (Optisk); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Submillimeter); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (røntgen)

To andre muligheter for årsaken til starburst-galakser inkluderer:

• Active Galactic Nuclei (AGN): Så godt som alle galakser inneholder et supermassivt sort hull i kjernen. Noen galakser ser ut til å være i en tilstand av høy aktivitet, hvor den sentrale svart hull støter ut enorme mengder energi. Det er mye bevis som viser at tilstedeværelsen av et slikt sort hull kan dempe stjernedannelsesaktiviteten. Men i tilfelle av disse såkalteaktive galaktiske kjerner, kan de også, under de rette forholdene, utløse rask stjernedannelse ettersom akkresjon av materie i en skive og dens eventuelle utstøting bort fra det sorte hullet kan skape sjokkbølger som kan utløse stjernedannelse.
• Høye supernovahastigheter: Supernovaer er voldelige hendelser. Hvis eksplosjonshastigheten øker på grunn av tilstedeværelsen av et svært høyt antall aldrende stjerner i et kompakt område, kan de resulterende sjokkbølgene begynne en rask økning i stjernedannelsen. Men for at en slik hendelse skal skje, må forholdene være ideelle; mer enn i de andre mulighetene som er oppført her.

En supernova kan skyve skyer av nærliggende gass rundt anspore begrensede mengder stjernefødsel. Denne supernovaen er vist i et Hubble Space Telescope-bilde av krabbetåkens supernovarest. NASA/ESA/STScI

Starburst-galakser er fortsatt et aktivt område for undersøkelser av astronomer. Jo mer de finner, jo bedre kan forskerne beskrive de faktiske forholdene som fører frem til de lyse utbruddene av stjernedannelse som befolker disse galaksene.

Redigert og oppdatert avCarolyn Collins Petersen.