Prazne galaksije: Pravi otočni svemiri

Zašto bi Ribe A i B mogle biti ključ razumijevanja rane evolucije patuljastih galaksija.

U ranim godinama 20. stoljeća, jedna od glavnih točaka prijepora u astronomiji bila je priroda objekata koje danas znamo kao galaksije. Neki su ih, poput Harlow Shapely, nazivali "spiralnim maglicama", vjerujući da leže unutar granica Mliječnog puta, dok su drugi, poput Heber Curtis, koristili izraz "otočni svemiri", opisujući more galaksija koje plivaju svemirom. Odgovor na ovu zagonetku imao bi duboke posljedice na veličinu svemira i kozmologiju kao cjelinu.

Danas znamo da galaksije leže izvan Mliječnog puta - što je samo galaksija u kojoj živimo. Međutim, oni nisu toliko otoci koliko su neki mogli vjerovati. Mnoge galaksije postoje u skupinama ili skupinama galaksija, s desecima ili tisućama članova. Mi ležimo u prikladno nazvanoj Lokalnoj grupi, zajedno s Andromedom i Trokutom, a okruženi smo rojem satelitskih galaksija.

Karta praznina i superklastera oko Mliječnog puta usredotočena na Supercluster Djevice. Lokalna praznina premala je da bi se mogla vidjeti. Bonus slike: Andrew Z. Colvin, pod licencom Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Neprijavljena.

Postoje izuzeci od ovog pravila, naravno; nisu sve galaksije dijelovi grozdova. Zapravo, nekoliko nejasnih slučajeva vrebaju u prazninama, goleme regije na desetine megaparseka širom kojih ne postoje gotovo nikakve galaksije i samo male količine ekstragalaktičkog plina. Te su prazne galaksije teško pronaći, pogotovo ako su prigušene, ali razumijevanje načina na koji se formiraju i razvijaju nas može dovesti do riznice informacija o tome kako se svemir ponaša na velikim mjerilima - počevši, naravno, s prazninama.

Danas putujemo samo izvan Lokalne grupe do ruba Lokalne praznine. Ovdje leže dvije patuljaste galaksije, Ribe A i Ribe B. Male su i tamne, a mi još uvijek ne znamo puno o njima, ali ono što znamo imamo duboke implikacije na proučavanje formiranja i evolucije patuljastih galaksija.

Patuljci siromašni plinom i neutralnim vodikom

Slika 1, Tollerud i sur. 2015. Izvorni radio i optički snimci Riba A i B. Rezolucija je prilično loša, ali još uvijek daje dostojna mjerenja udaljenosti.

Ribe A i B otkrivene su tek prije nekoliko godina, podaci su ispitivanja GALFA-HI provedena u Opservatoriju Arecibo (Tollerud i sur. 2015). GALFA-HI je mjerio emisiju u liniji od 21 cm, što je ključni pokazatelj neutralnih vodikovih oblaka. Budući da svaka značajna emisija HI može poticati samo iz područja bogatih plinovima, to je loš alat za otkrivanje patuljastih galaksija osiromašenih plinom u blizini Mliječnog puta - i odličan način za pronalaženje galaksija s puno vodikovog plina i neprestanog stvaranja zvijezda.

Nakon što su ta dva radijska izvora identificirana, optičkim opažanjima 3,5-metarskim WIYN teleskopom pronađeni su vidljivi paketi. Hα spektroskopijom je utvrđeno da je svaki optički izvor imao gotovo identičnu radijalnu brzinu kao odgovarajući radio izvor, potvrđujući da su isti objekti: patuljaste galaksije, na udaljenosti od 1,7–3,5 Mpc (Ribe A) i 3,5–8,9 Mpc (Ribe B), postavljajući ih na rub lokalne grupe.

Do odstupanja u daljinama došlo je zbog toga što je skupina koristila dvije različite metode kako bi ih utvrdila. Ako pretpostavimo da su galaksije odvojene od Lokalne grupe, pomoću Hubbleovog zakona i mjerenja njihovih recesijskih brzina možemo utvrditi koliko su daleko. Međutim, tim je također mogao razaznati nekoliko mladih, plavih zvijezda u galaksijama; iz njihovih prividnih veličina došli su do različitih - nižih vrijednosti.

Dio slike 3, Tollerud i sur. 2015. Primjetite kako su Ribe A i B u osnovi bogate vodikom u usporedbi s većinom patuljastih galaksija iste mase, što ih čini lakšim uočiti u istraživanjima HI.

Crveni divovi: Pouzdanije standardne svijeće

Godinu dana kasnije, tim je upotrijebio svemirski teleskop Hubble za snimanje galaksija (Tollerud i sur. 2016). Fotometrija iz opažanja dovela je do trećeg, još preciznijeg načina mjerenja udaljenosti do galaksija: korištenjem vrha grane crvenog diva (ukratko TRGB).

Kad crveni div dostigne početak procesa trostrukog alfa, njegova svjetlost znatno se povećava naglim izljevom fuzije koji se naziva helijska bljeskalica. Iako je bljeskalica kratka, slijedeće razdoblje evolucije traje dulje, a zvijezda postaje sve svjetlija i svjetlija, s vremenom dostižući točku nazvanu vrh grana crvenog diva. Ispada da sve ove zvijezde imaju u osnovi istu svjetlinu, bez obzira na masu, metalnost ili sastav. To ih čini odličnim standardnim svijećama, baš kao i Cepheidovim varijablama.

Sl. 1 i 2, Tollerud i sur. 2016. Hubble slike Riba A i B. Iako su WIYN slike bile dovoljno dobre da razaznaju nekoliko točkastih izvora, Hubble je mogao pružiti slike znatno veće rezolucije.

Hubbleova fotometrija bila je dovoljno dobra da se može koristiti TRGB metoda i omogućila je udaljenosti u skladu s idejom da patuljci Ribe leže izvan lokalne skupine: 5,6 i 9,2 Mpc. Uz točno mjerenje udaljenosti, grupa je uspjela odrediti više svojstava para, uključujući svjetlinu i ukupne zvjezdane mase (oko 10 milijuna solarnih masa za svaku).

Što sve to znači

Ono što je uzbudljivo je da je tim sad mogao postaviti te galaksije na kartu. Pokazalo se da oboje leže na rubu Lokalne praznine. Nažalost, nemamo detaljne skupne kinematske podatke u pravim smjerovima, tako da ne možemo sa sigurnošću reći da Ribe A i B odlaze iz praznine. Međutim, imamo nekoliko tragova.

Sl. 12, Tollerud i sur. 2016. Karta obližnjih galaksija na oko 10 Mpc od Zemlje. Lokalna grupa sjedi u malenom i naoko kompaktnom centru.

Prvo, par je nedugo zatim doživio prasak formiranja zvijezda. Prilično je vjerovatno da je to pokrenuto iznenadnim sudarima s nitima plina koje tvore granice Lokalne praznine. Uz to, HI distribucije odgovaraju onima koje bismo očekivali u praznim galaksijama. Napokon, obje ove galaksije - posebno Ribe A - manje su od većine galaksija koje oblikuju zvijezdu u Lokalnoj grupi, što znači da su mnogo kompaktnije. To bi moglo ukazivati ​​da tek sada ulaze istim evolucijskim putevima kojima su davno prošli njihovi kolege iz Lokalne grupe.

Sl. 13, Tollerud i sur. 2016. Primijetite kako su Ribe A i B mnogo manje od većine galaksija koje stvaraju zvijezde, ali puno svjetlije od većine pasivnih galaksija (koje ne formiraju zvijezde).

Upravo je ovaj završni pojam Ribe A i B osobito uzbudljiv. Ako su doista prazne galaksije, sigurno su većinu svog života proveli neometano u relativno netaknutoj okolini Lokalne praznine. To znači da bi mogle izgledati i ponašati se poput normalnih patuljastih galaksija prije, milijardi i milijardi godina. Na udaljenosti od manje od 10 Mpc, mogli bi se nalaziti tragovi ranog života mnogih naših najbližih susjeda. To je prilično uzbudljiva misao.