Astronomowie mogą błędnie interpretować kolory galaktyk. Czerwony nie znaczy martwy

Kolor, ale ten prawdziwy, a nie pokazywany często na zdjeciach jest bardzo ważną informacją, którą podczas badania kosmosu wykorzystują astronomowie. Zarówno w przypadku bliskich jak i bardzo odległych obiektów, obserwowanych prawie u zarania istnienia wszechświata. Z jego obserwacji można wywnioskować skład chemiczny obiektów, określić dynamikę struktur, energie jakie są wyzwalane w różnych procesach. Kolor może być także powiązany z wiekiem obiektów. Dlatego też na przestrzeni lat ukształtowały się pewne poglądy co do związku przeważającego koloru w barwie galaktyki z jej „wiekiem”.

Kolor galaktyki, a jej „wiek”

Młode galaktyki, czy też te, które otrzymały zastrzyk dodatkowej materii, co może nastąpić po wielu miliardach lat od ich powstania, zwykle w przypadku zderzenia z inną galaktyką, utożsamia się z obiektami o niebieskiej barwie. Takimi, gdzie procesy powstawania gwiazd są intensywne, a młode gwiazdy mają często dużą masę, co decyduje o kolorze jak i czasie ich życia. Tak więc niebieskie galaktyki musimy obserwować w czasie, gdy zawierają liczne młode obiekty.

Astronomowie oceniając kolory galaktyk biorą pod uwagę także ich przesunięcie ku czerwieni, by skorygowac barwę względem odległości, która także czyni obiekty czerwieńszymi niż te w pobliskim nam kosmosie. (fot: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA), Joris Witstok (Cambridge, University of Copenhagen), P. Jakobsen (University of Copenhagen), Alyssa Pagan (STScI), Mahdi Zamani (ESA/Webb), JADES Collaboration)

Galaktyki o czerwonej barwie to z kolei te, w którym procesy powstawania gwiazd ustały, a tworzące je gwiazdy są mało masywne, co wiąże się z czerwonym kolorem, ale też długim czasem ich istnienia. Galaktyki we wczesnym wszechświecie, które mają czerwony kolor muszą być więc zgodnie z obecnymi poglądami, obiektami w których gwiazdy już nie powstają. Potocznie traktujemy takie galaktyki jako martwe, choć nie oznacza to, że nic w nich się nie dzieje. Może w nich nawet istnieć życie wokół niejednej gwiazdy, ale brak już masywnych gwiazd, które zmieniły się w czarne dziury czy gwiazdy neutronowe. Takie galaktyki mogą istnieć kolejne miliardy lat z czerwonymi gwiazdami, a gdy te zmienią się w białe karły jeszcze dłużej. Dlatego astronomowie częściej sięgają po określenie galaktyka wygaszona (uśpiona) czy w stanie spoczynku.

To podejście bazuje na założeniu, że aktywność związana z powstawaniem gwiazd ma związek z dominującym kolorem galaktyki. Czyli aktywnie tworząca gwiazdy niebieska galaktyka jest traktowana jako młoda, a ta czerwona gdzie gwiazdy już nie powstają jako stara.

Błąd, czy też niedopatrzenie w ocenie procesów gwiazdotwórczych

Charles Steinhardt, adiunkt na University of Missouri, postanowił rozprawić się z dwoma problemami, których tradycyjny cykl ewolucji galaktyk nie wyjaśnia. To niezgodność teoretycznych przewidywań co do rozkładu mas gwiazd w wygaszonych galaktykach w stosunku do obserwacji. Próba wyjaśnienia tego ewolucją galaktyk, tak jak ją dziś rozumiemy (starzenie się gwiazd, łączenie obiektów), nie daje odpowiednich rezultatów. Podobnie rozkład mas obserwowanych czarnych dziur nie pasuje do przewidywań.

Zaproponował on, że pomiędzy etapem galaktyki młodej i niebieskiej, tworzącej gwiazdy, a etapem galaktyki czerwonej, która już tych gwiazd nie tworzy, jest etap pośredni. To czerwone galaktyki, które tworzą mało masywne, czyli czerwone gwiazdy, co determinuje ich kolor. W tej nowej klasie galaktyk nie ma jednak zbyt wielu młodych gwiazd typu O i B, co wyjaśnia brak dominującego niebieskiego światła, przy jednocześnie zachodzącym powstawaniu gwiazd.

Zmiana w podejściu to zagadnienia ewolucji galaktyk

Poprawność hipotezy Steinhardta zmusiłaby astronomów do przemyślenia na nowo mechanizmu ewolucji galaktyk, ale też ewolucji samych gwiazd. Czerwone galaktyki, które powoli i spokojnie tworzą mało masywne gwiazdy, mogą okazać się istotnym składnikiem wszechświata. I jak mówi Steinhardt - istnienie tych galaktyk może oznaczać, że we wszechświecie powstało więcej gwiazd niż dotychczas szacowano.

Galaktyki w różnych stadiach ewolucji i odległościach. Te niewielkie dalsze mają różne kolory. Dwie na pierwszym planie właśnie się łączą i widać w nich obszary intensywnych procesów gwiazdotwórczych, gdzie powstają młode i masywne gwiazdy. (fot: ESA/Hubble & NASA, J. Dalcanton, Dark Energy Survey/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA)

Takie podejście może wyjaśnić także inne zjawisko, czyli etapy intensywnego powstawania gwiazd, które nagle ustają i galaktyka przestaje być pod tym względem aktywna. Zdaniem Steinhardta, może to wynikać z faktu, że część takich galaktyk w istocie nie miała etapu eksplozji gwiazdotwórczej, tłumaczonego obecnie jako wynik zderzenia się z inną galaktyką. A cały czas spokojnie tworzyła sobie czerwone mało masywne gwiazdy.

Niedawno dzięki obserwacjom teleskopu Webba w ramach programu RUBIES wykazano istnienie dużej liczby czerwonych, czyli uśpionych, galaktyk już około 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Te obserwacje sugerują, że galaktyki „starzeją się” znacznie szybciej i są ponad 100 razy liczniejsze w młodym wszechświecie. Być może wyżej opisana teoria również może lepiej wyjaśnić takie obserwacje, jeśli czerwona galaktyka niekoniecznie oznacza galaktykę wygaszoną.

Źródło: ApJ, inf. własna, universetoday