Галактики бывают самых разных форм и размеров. Однако некоторые из наиболее значительных различий между галактиками связаны с тем, где и как они образуют новые звезды. Убедительные исследования для объяснения этих различий были неуловимы, но это скоро изменится.

Обширный, новый исследовательский проект с большой миллиметровой / субмиллиметровой матрицей Atacama (ALMA), известный как PHANGS-ALMA (физика с высоким угловым разрешением в близлежащей GalaxieS), изучает этот вопрос с гораздо большей мощностью и точностью, чем когда-либо, измеряя демография и характеристики ошеломляющих 100 000 отдельных звездных питомников, разбросанных по 74 галактикам .

PHANGS-ALMA, беспрецедентная и продолжающаяся исследовательская кампания, уже собрала в общей сложности 750 часов наблюдений и дала астрономам гораздо более четкое понимание того, как меняется цикл звездообразования , в зависимости от размера, возраста и внутренней динамики каждого человека. галактика. Эта кампания в десять-сто раз мощнее (в зависимости от ваших параметров), чем любой предыдущий опрос такого рода.

«Некоторые галактики яростно ломятся от новых звезд, в то время как другие давно уже использовали большую часть своего топлива для формирования звезд. Вероятно, происхождение этого разнообразия, вероятно, связано со свойствами самих звездных питомников», — сказал Эрик Розоловски, астроном из Университет Альберты в Канаде и один из главных исследователей исследовательской группы PHANGS-ALMA.

Он представил первые результаты этого исследования на 233-м заседании Американского астрономического общества, которое состоится на этой неделе в Сиэтле, штат Вашингтон. Несколько статей, основанных на этой кампании, также были опубликованы в Astrophysical Journal и Astrophysical Journal Letters .

«Предыдущие наблюдения, проведенные с радиотелескопами более ранних поколений, дают некоторые важные сведения о природе холодных, плотных звездных питомников», — сказал Розоловский. Однако этим наблюдениям не хватало чувствительности, мелкомасштабного разрешения и мощности для изучения всей ширины звездных питомников по всей популяции местных галактик. Это сильно ограничивало нашу способность связывать поведение или свойства отдельных звездных питомников с свойства галактик, в которых они живут. »

В течение десятилетий астрономы предполагали, что существуют принципиальные различия в том, как дисковые галактики различных размеров превращают водород в новые звезды. Некоторые астрономы предполагают, что более крупные и, как правило, более старые галактики не так эффективны в производстве звезд, как их более мелкие кузены. Наиболее логичным объяснением было бы то, что у этих больших галактик есть менее эффективные звездные питомники. Но проверить эту идею с помощью наблюдений было сложно.

Впервые ALMA позволяет астрономам проводить необходимую широкомасштабную перепись, чтобы определить, как крупномасштабные свойства (размер, движение и т. Д.) Галактики влияют на цикл звездообразования в масштабе отдельных молекулярных облаков. Эти облака имеют ширину от нескольких десятков до нескольких сотен световых лет, что феноменально мало в масштабе всей галактики, особенно если смотреть на нее за миллионы световых лет.

«Звезды образуются в одних галактиках более эффективно, чем в других, но недостаток наблюдений в облачном масштабе с высоким разрешением означал, что наши теории были слабо проверены, и поэтому эти наблюдения ALMA так важны», — сказал Адам Леруа, астроном из Огайо. Государственный университет и один из главных исследователей команды PHANGS-ALMA.
Астрономы отмечают, что часть загадки звездообразования связана с межзвездной средой — всей материей и энергией, которая заполняет пространство между звездами.

Астрономы понимают, что в звездных питомниках и вокруг них существует постоянная обратная связь. Внутри этих облаков карманы плотного газа коллапсируют и образуют звезды, которые разрушают межзвездную среду.

«Действительно, сравнение ранних наблюдений PHANGS с местоположением новообразованных звезд показывает, что новообразованные звезды быстро разрушают свои облака рождения», — сказал Розоловский. «Команда PHANGS изучает, как это разрушение проявляется в различных типах галактик, что может быть ключевым фактором эффективности звездообразования».
Для этого исследования ALMA наблюдает молекулы монооксида углерода (CO) из всех относительно массивных, обычно лицевых спиральных галактик, видимых из Южного полушария. Молекулы СО естественным образом излучают свет миллиметрового диапазона, который ALMA может обнаружить. Они особенно эффективны при освещении расположения звездообразных облаков.

«ALMA — потрясающе эффективная машина для картирования угарного газа на больших площадях в близлежащих галактиках», — сказал Леруа. «Он смог выполнить этот опрос благодаря объединенной мощности 12-метровых тарелок, которые изучают мелкомасштабные элементы, и меньших 7-метровых тарелок в центре массива, которые чувствительны к крупномасштабным функциям. по сути, заполняя пробелы. »

Сопутствующий обзор, PHANGS-MUSE, использует Очень Большой Телескоп, чтобы получить оптическое изображение первых 19 галактик, наблюдаемых ALMA. MUSE означает Multi-Unit Spectroscopic Explorer. Другое исследование, PHANGS-HST, использует космический телескоп Хаббла, чтобы обследовать 38 из этих галактик, чтобы найти их самые молодые звездные скопления. Вместе эти три обзора дают поразительно полную картину того, насколько хорошо галактики образуют звезды, исследуя холодный молекулярный газ, его движение, местоположение ионизованного газа (области, где звезды уже формируются) и полные звездные популяции галактик.

В астрономии мы не можем наблюдать, как меняется космос с течением времени; временные рамки просто затмевают человеческое существование», — отметил Розоловский. «Мы не можем наблюдать за одним объектом вечно, но мы можем наблюдать сотни тысяч звездообразных облаков в галактиках разных размеров и возрастов, чтобы сделать вывод о том, как работает эволюция галактики. Это реальная ценность кампании PHANGS-ALMA».
«Мы также смотрим на тысячи или десятки тысяч звездообразующих областей в каждой галактике, улавливая их на протяжении всего их жизненного цикла. Это позволяет нам построить картину рождения и смерти звездных питомников в галактиках, что почти невозможно до ALMA», добавил Леруа.

До сих пор PHANGS-ALMA изучала около 100 000 похожих на Орион туманностей в соседней вселенной. Ожидается, что в конечном итоге в рамках кампании будет наблюдаться около 300 000 звездообразующих регионов.