Astronomi su završili najveću i najdetaljniju studiju o tome šta pokreće formiranje zvezda u najvećim galaksijama univerzuma, koristeći NASA-inu rendgensku opservatoriju Chandra i druge teleskope. Bili su iznenađeni kada su otkrili da se uslovi za začeće zvezda u ovim izuzetno masivnim galaksijama nisu promenili u poslednjih deset milijardi godina.
„Ono što je iznenađujuće je da postoji mnogo stvari koje su mogle da utiču na formiranje zvezda u poslednjih deset milijardi godina“, rekao je Majkl Kalzadila sa Masačusetskog tehnološkog instituta (MIT) koji je vodio studiju. „Na kraju, međutim, glavni pokretač formiranja zvezda u ovim ogromnim galaksijama zaista se svodi na jednu stvar — da li se vrući gas koji ih okružuje može dovoljno brzo da se ohladi ili ne.
Jata galaksija su najveći objekti u svemiru koji se drže zajedno gravitacijom i sadrže ogromne količine vrućeg gasa koji se vidi na rendgenskim zracima. Masa ovog vrućeg gasa je nekoliko puta veća od ukupne mase svih zvezda u svim stotinama galaksija koje se obično nalaze u galaktičkim jatama.
Kalzadila i njegove kolege proučavali su najsjajniju i najmasovniju klasu galaksija u svemiru, nazvanu galaksije najsjajnijih jata, u centrima od 95 klastera galaksija. Odabrana jata galaksija su sama po sebi ekstremni uzorak — najmasovnija jata u velikom istraživanju pomoću teleskopa Južnog pola (SPT) — i nalaze se između 3,4 i 9,9 milijardi svetlosnih godina od Zemlje.
Tim je otkrio da se formiranje zvezda u galaksijama koje su proučavali pokreće kada količina poremećenog kretanja u vrelom gasu – fizički koncept koji se zove „entropija“ – padne ispod kritičnog praga. Ispod ovog praga, vreli gas se neizbežno hladi i formira nove zvezde.
„Impresivno je pomisliti da nam jedan broj govori da li su se milijarde zvezda i planeta formirale u ovim ogromnim galaksijama, unazad deset milijardi godina“, rekao je koautor Majkl Mekdonald, takođe sa MIT-a.
Dok su učinjeni i drugi pokušaji da se identifikuju pokretači formiranja zvezda u tako ogromnim galaksijama tokom kosmičkog vremena, ovo istraživanje je prvo koje kombinuje rendgenska i optička posmatranja centara klastera na tako velikom rasponu udaljenosti. Ovo omogućava istraživačima da povežu gorivo potrebno za formiranje zvezda – vrući gas detektovan sa Chandra – sa stvarnim formiranjem zvezda nakon što se gas ohladi, kao što se vidi pomoću optičkih teleskopa, tokom većeg dela istorije univerzuma.
Tim je takođe koristio radio teleskope da proučava mlazove materijala koji pucaju od supermasivnih crnih rupa u ovim klasterima. U procesu koji se zove „povratna informacija“, vrući gas koji se hladi da bi formirao zvezde na kraju hrani crne rupe, što rezultira mlazovima i drugim aktivnostima koje zagrevaju i energiziraju njihovu okolinu, privremeno sprečavajući dalje hlađenje. Kada crnoj rupi ponestane goriva, mlaznice se gase i proces počinje ponovo.
„Kao da smo prikupili različita poglavlja za knjigu o formiranju zvezda tokom većeg dela života univerzuma“, rekao je koautor Bred Benson sa Univerziteta u Čikagu i Fermilab u Ilinoisu. „Umesto da bude napisana rečima, ova priča je ispričana rendgenskim, optičkim i radio svetlom.
Neočekivani aspekt ove studije je da su prethodni radovi sugerisali da bi drugi faktori osim hlađenja vrućeg gasa mogli igrati veću ulogu u formiranju zvezda u dalekoj prošlosti. Pre deset milijardi godina, u periodu koji astronomi nazivaju „kosmičko podne“, sudari i spajanje galaksija u jata bili su mnogo češći, stope formiranja zvezda su generalno bile mnogo veće, a supermasivne crne rupe galaksije su mnogo brže uvlačile materijal.
„Tip formiranja zvezda koji vidimo je izuzetno konzistentan, čak se približava kosmičkom podnevu kada je mogao da bude preopterećen drugim procesima“, rekla je koautorka Lindzi Blim iz Nacionalne laboratorije Argon u Ilinoisu. „Iako je svemir tada izgledao veoma drugačije, okidač za formiranje zvezda u ovim galaksijama nije.“
U proučavanju relativno obližnjih klastera, prethodni istraživači su takođe otkrili da je granični nivo poremećaja u vrelom gasu neophodan da bi se pojavila povratna informacija od supermasivnih crnih rupa, u obliku mlaza.
Ova nova studija Kalzadilinog tima otkrila je da se prag entropije za povratne informacije, međutim, ne odnosi na galaksije u udaljenijim jatima, što bi moglo značiti da jata pre oko deset milijardi godina nisu tako dobro regulisana povratnim informacijama crne rupe. Ovo je verodostojno jer je potrebno vreme da se vrući gas počne hladiti u centralnoj galaksiji, a zatim više vremena da se taj hladni gas probije do supermasivne crne rupe centralne galaksije i onda, konačno, da se mlazovi formiraju i spreče dalje hlađenje gasa.
Takođe je moguće, međutim, da radio signali ne daju jasnu indikaciju aktivnosti mlaza u ovim ranim vremenima.
