Jak powstały największe galaktyki we Wszechświecie i czemu przestały rosnąć?
Od początku istnienia Wszechświata, galaktyki przechodzą skomplikowany proces ewolucji, który pozostaje jednym z największych wyzwań dla współczesnej astronomii. Chociaż ogólny schemat formowania galaktyk wydaje się prosty – małe galaktyki łączą się i rosną, tworząc gigantyczne struktury, takie jak nasza Droga Mleczna – naukowcy wciąż zmagają się z zagadką dotyczącą specyficznej klasy galaktyk eliptycznych. Te ogromne, pozbawione wyraźnej struktury zbiory gwiazd wydają się wymykać regułom, które opisują formowanie i ewolucję innych galaktyk.
Odkrywanie tajemnic galaktyk eliptycznych
Galaktyki eliptyczne to jedne z najstarszych i największych struktur w kosmosie. Cechują się one brakiem nowych procesów formowania gwiazd, co sprawia, że są określane mianem „martwych”. Dzięki wsparciu Unii Europejskiej, zespół badaczy pod kierownictwem Sune Tofta z Instytutu Nielsa Bohra w Danii podjął próbę odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób te galaktyki mogły urosnąć tak szybko na początku istnienia Wszechświata i dlaczego tak nagle zatrzymały proces formowania gwiazd.
Projekt badawczy ConTExt, prowadzony przez Tofta w latach 2015-2021, pozwolił astronomom sięgnąć do najodleglejszych zakątków kosmosu. Dzięki wykorzystaniu potężnych teleskopów, takich jak Hubble Space Telescope czy Atacama Large Millimeter Array (ALMA), naukowcy mogli obserwować galaktyki takimi, jakie były miliardy lat temu, w pierwszych dwóch miliardach lat po Wielkim Wybuchu. Te potężne narzędzia umożliwiły wgląd w procesy, które zainicjowały powstawanie galaktyk eliptycznych.
Zagadka szybkiego wzrostu i „śmierci” galaktyk
Chociaż badacze zdobyli wiele nowych informacji o galaktykach eliptycznych, wciąż pozostaje wiele pytań. Z danych wynika, że te galaktyki musiały bardzo szybko osiągnąć swoje ogromne rozmiary w młodym Wszechświecie. Kluczem do ich gwałtownego wzrostu mogły być tzw. galaktyki gwiazdotwórcze (ang. starburst galaxies), które charakteryzują się intensywnym procesem formowania gwiazd. W takich galaktykach powstaje nawet kilka tysięcy mas Słońca rocznie, podczas gdy Droga Mleczna dodaje zaledwie jedną masę Słońca rocznie.
Jednym z możliwych mechanizmów, które doprowadziły do tak szybkiego wzrostu, mogły być zderzenia galaktyk. Kiedy dwie duże galaktyki zderzają się ze sobą, gazy w ich wnętrzach zostają skompresowane, co prowadzi do intensywnego procesu formowania gwiazd. Jednak równie szybko, jak te galaktyki rosły, proces ten musiał się zatrzymać. Dlaczego? To pytanie wciąż pozostaje bez jednoznacznej odpowiedzi.
Rola czarnych dziur w ewolucji galaktyk
Jedną z najbardziej intrygujących hipotez jest rola supermasywnych czarnych dziur w centrum galaktyk eliptycznych. Sirio Belli, astronom z Uniwersytetu w Bolonii, prowadzi obecnie projekt badawczy Red Cardinal (2023-2028), wspierany przez Unię Europejską, który ma na celu zbadanie tego zagadnienia za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST).
Obserwacje przeprowadzone w 2024 roku ujawniły galaktykę, która właśnie przechodziła proces tzw. „quenchingu”, czyli zatrzymania formowania gwiazd. Naukowcy zauważyli, że z galaktyki wydobywał się potężny „wiatr”, co wskazuje na to, że supermasywna czarna dziura w jej centrum stała się niezwykle aktywna. Taki „wiatr” wypycha gaz niezbędny do tworzenia nowych gwiazd, co skutecznie zatrzymuje dalszą ewolucję galaktyki.
Według Belliego, galaktyki osiągające masę około 100 miliardów mas Słońca są skazane na proces quenchingu. Współczesne dane potwierdzają, że żadne z największych galaktyk obserwowanych w dzisiejszym Wszechświecie nie wykazuje aktywności gwiazdotwórczej – wszystkie są „martwe”.
Przyszłość badań: nowe teleskopy, nowe odpowiedzi
Choć Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dostarczył już wielu przełomowych informacji, przyszłość badań nad galaktykami eliptycznymi wiąże się z teleskopem Europejskim Ekstremalnie Wielkim (ELT). Obserwacje za pomocą ELT, którego budowa w Chile ma zakończyć się w 2028 roku, pozwolą na jeszcze bardziej szczegółowe badania wnętrza galaktyk z wczesnego Wszechświata.
Teleskop ten umożliwi naukowcom nie tylko precyzyjne określenie tempa formowania gwiazd w galaktykach, ale także zrozumienie, w jakich regionach galaktyki zachodziły te procesy. Dzięki tym obserwacjom badacze będą mogli lepiej zrozumieć mechanizmy quenchingu oraz potwierdzić lub obalić hipotezę o kluczowej roli czarnych dziur w ewolucji galaktyk.
Dlaczego zrozumienie galaktyk jest tak istotne?
Badania nad galaktykami eliptycznymi mają ogromne znaczenie dla naszej wiedzy o ewolucji Wszechświata. Galaktyki są fundamentem kosmicznej struktury, a ich formowanie i śmierć wpływają na rozwój układów planetarnych i powstawanie gwiazd, takich jak nasze Słońce. Zrozumienie, dlaczego największe galaktyki w kosmosie przestały rosnąć, pozwala nam lepiej pojąć, skąd pochodzimy i jak wyglądała droga ewolucji Wszechświata, który znamy dzisiaj.
Choć wiele pytań wciąż pozostaje bez odpowiedzi, nowe technologie i teleskopy dają nadzieję na kolejne odkrycia, które rzucą światło na te kosmiczne zagadki.
