Gromada Feniksa ustanawia rekord tempa produkcji gwiazd

Gromada Feniksa ustanawia rekord tempa produkcji gwiazd
Gromada Feniksa ustanawia rekord tempa produkcji gwiazdOriginal Press Release
Astronomowie odkryli nadzwyczajną gromadę galaktyk, będącą jednym z największych obiektów w kosmosie, który bije kilka ważnych kosmicznych rekordów.

Podczas gdy galaktyki w centrum większość gromad są uśpione od miliardów lat, centralna galaktyka gromady Pheonix obudziła się produkując kolejne pokolenie gwiazd. Mitologiczny Feniks, ptak powstający z martwych, świetnie oddaje to, co tam ma miejsce

Michael McDonald, MIT

Gwiazdy powstają w gromadzie Phoenix w najwyższym tempie, jakie kiedykolwiek obserwowano w centrum gromady galaktyk. Obiekt jest również najpotężniejszym producentem promieniowania rentgenowskiego wśród znanych gromad i należy do najbardziej masywnych. Dane sugerują również, że szybkość stygnięcia gorącego gazu w centralnych regionach gromady jest największa jaką kiedykolwiek zaobserwowano.

Podobnie jak inne gromady galaktyk, Phoenix zawiera ogromne zasoby gorącego gazu, zawierający więcej normalnej barionowej materii (nie ciemnej materii), niż wszystkie połączone galaktyki gromady. Rezerwuar ten może być wykryty jedynie za pomocą teleskopów rentgenowskich takich, jak Chandra. Kiedyś sądzono, że gorący gaz powinien ostygnąć wraz z upływem mileniów i opadając do galaktyki w centrum gromady, doprowadzić do produkcji ogromnej ilości gwiazd. Jednak obserwacje wskazują, że większość gromad w ciągu ostatnich kilku miliardów lat wytworzyła bardzo niewiele gwiazd. Astronomowie sądzą, że za wyhamowanie tej produkcji odpowiadają supermasywne czarne dziury w jądrach centralnych galaktyk gromad. Potwory te  pompują ogromne ilości energii do wnętrza gromady, zapobiegając chłodzenia gazu i hamując tym samym produkcję gwiazd.

Tak dzieje się na przykład w słynnej gromadzie w Perseuszu. Powtarzające się erupcje czarnej dziury w centrum Perseusza widoczne w postaci potężnych dżetów od stworzyły olbrzymie pustki oraz wyprodukowały fale dźwiękowe z niezwykle głęboką nutą B-dur 57 oktaw poniżej środkowego C, które zapobiegają ostudzeniu gaz gorącego gazu.

„Myśleliśmy, że te bardzo głębokie dźwięki znajdziemy w gromadach galaktyk w całym Wszechświecie „- mówi Ryan Foley, z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge. -” Jednak gromada Phoenix pokazuje nam, że może być inaczej, a przynajmniej, że są okresy, w których muzyka milknie. Dżety gigantycznej czarnej dziury w centrum gromady są najwyraźniej zbyt słaby, by zapobiec schładzaniu się gazu w tej gromadzie.”

Centrum gromady Phoenix jest pełne młodych gwiazd, które powstają mniej więcej 20 razy szybciej niż w gromadzie Perseusza. Tempo to jest najwyższym jakie zaobserwowano w centrum gromady galaktyk, choć nie najwyższe jakie zaobserwowano we Wszechświecie. Jednak nawet te inne miejsca, o najwyższym znanym tempie produkcji gwiazd, znajdujące się poza gromadami, mają tempo jedynie dwukrotnie wyższe.

Szaleńcze tempo narodzin gwiazd i chłodzenia gazu w klastrze Phoenix powodują, że zarówno galaktyka, jak i czarna dziura w jej centrum, szybko przybierają na wadze. Naukowcy sądzą jednak, że ten ważny etap będzie stosunkowo krótkotrwały.

„Galaktyka i jej czarna dziura przechodzą fazę niezrównoważonego wzrostu”- mówi Bradford Benson, z University of Chicago. -„Ten gwałtowny wzrost nie może trwać dłużej niż około stu milionów lat. W innym razie bowiem galaktyka i czarna dziura staną się znacznie większe niż ich odpowiedniki w znanym, bliskim Wszechświecie.”

Co ciekawe, gromada Phoenix i jej centralna galaktyka z czarną, supermasywną dziurą są już jednymi z najbardziej masywnych w swoich kategoriach obiektami. Ze względu na ich ogromną wielkość, gromady galaktyk są głównymi obiektami do badania kosmologii i ewolucji galaktyk, więc odkrycie jednej o tak ekstremalnych właściwościach, jak gromada Phoenix, jest dla tych badań niezwykle ważne.

„Ten spektakularny wybuch działalności gwiazdotwórczej jest bardzo istotnym odkryciem, ponieważ sugeruje, że musimy ponownie przemyśleć, jak rosną masywne galaktyki w centrach gromad „- mówi Martin Rees z Cambridge University. -„Chłodzenia gorącego gazu może być bardziej istotnym źródłem gwiazd niż dotychczas uważano.”

Gromada Phoenix została odkryta przez teleskop Południowego Bieguna NSF, a następnie obserwowany w paśmie optycznym przez Gemini Observatory, 4-metrowy teleskop Blanco i teleskop Magellana, wszystkie znajdujące się w Chile. Masa gorącego gazu oraz szybkość jego stygnięcia zostały oszacowane na podstawie danych z Chandry. Aby zmierzyć tempo produkcji gwiazd w gromadzie Phoenix wykorzystano kilka teleskoów kosmicznych, w tym  sondy NASA WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) i Galex (Galaxy Evolution Explorer oraz teleskop Herschel Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Źródła:

Phoenix Cluster Sets Record Pace at Forming Stars

Astronomers have found an extraordinary galaxy cluster, one of the largest objects in the universe, that is breaking several important cosmic records. Observations of the Phoenix cluster with NASA's Chandra X-ray Observatory, the National Science Foundation's South Pole Telescope, and eight other world-class observatories may force astronomers to rethink how these colossal structures and the galaxies that inhabit them evolve.

Stars are forming in the Phoenix cluster at the highest rate ever observed for the middle of a galaxy cluster. The object also is the most powerful producer of X-rays of any known cluster and among the most massive. The data also suggest the rate of hot gas cooling in the central regions of the cluster is the largest ever observed.

The Phoenix cluster is located about 5.7 billion light years from Earth. It is named not only for the constellation in which it is located, but also for its remarkable properties.

„While galaxies at the center of most clusters may have been dormant for billions of years, the central galaxy in this cluster seems to have come back to life with a new burst of star formation,” said Michael McDonald, a Hubble Fellow at the Massachusetts Institute of Technology and the lead author of a paper appearing in the Aug. 16 issue of the journal Nature. „The mythology of the Phoenix, a bird rising from the dead, is a great way to describe this revived object.”

Like other galaxy clusters, Phoenix contains a vast reservoir of hot gas, which itself holds more normal matter — not dark matter — than all of the galaxies in the cluster combined. This reservoir can be detected only with X-ray telescopes such as Chandra. The prevailing wisdom once had been that this hot gas should cool over time and sink to the galaxy at the center of the cluster, forming huge numbers of stars. However, most galaxy clusters have formed very few stars during the last few billion years. Astronomers think the supermassive black hole in the central galaxy of a cluster pumps energy into the system, preventing cooling of gas from causing a burst of star formation.

The famous Perseus cluster is an example of a black hole bellowing out energy and preventing the gas from cooling to form stars at a high rate. Repeated outbursts in the form of powerful jets from the black hole in the center of Perseus created giant cavities and produced sound waves with an incredibly deep B-flat note 57 octaves below middle C, which, in turn, keeps the gas hot.

„We thought that these very deep sounds might be found in galaxy clusters everywhere,” said co-author Ryan Foley, a Clay Fellow at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Mass. „The Phoenix cluster is showing us this is not the case — or at least there are times the music essentially stops. Jets from the giant black hole at the center of a cluster are apparently not powerful enough to prevent the cluster gas from cooling.”

With its black hole not producing powerful enough jets, the center of the Phoenix cluster is buzzing with stars that are forming about 20 times faster than in the Perseus cluster. This rate is the highest seen in the center of a galaxy cluster but not the highest seen anywhere in the universe. However, other areas with the highest rates of star formation, located outside clusters, have rates only about twice as high.

The frenetic pace of star birth and cooling of gas in the Phoenix cluster are causing the galaxy and the black hole to add mass very quickly — an important phase the researchers predict will be relatively short-lived.

„The galaxy and its black hole are undergoing unsustainable growth,” said co-author Bradford Benson, of the University of Chicago. „This growth spurt can't last longer than about a hundred million years. Otherwise, the galaxy and black hole would become much bigger than their counterparts in the nearby universe.”

Remarkably, the Phoenix cluster and its central galaxy and supermassive black hole are already among the most massive known objects of their type. Because of their tremendous size, galaxy clusters are crucial objects for studying cosmology and galaxy evolution, so finding one with such extreme properties like the Phoenix cluster is important.

„This spectacular star burst is a very significant discovery because it suggests we have to rethink how the massive galaxies in the centers of clusters grow,” said Martin Rees of Cambridge University, a world-renowned expert on cosmology who was not involved with the study. „The cooling of hot gas might be a much more important source of stars than previously thought.”

The Phoenix cluster originally was detected by the National Science Foundation's South Pole Telescope, and later was observed in optical light by the Gemini Observatory, the Blanco 4-meter telescope and Magellan telescope, all in Chile. The hot gas and its rate of cooling were estimated from Chandra data. To measure the star formation rate in the Phoenix cluster, several space-based telescopes were used, including NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer and Galaxy Evolution Explorer and ESA's Herschel.

NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Ala., manages the Chandra Program for NASA's Science Mission Directorate in Washington. The Smithsonian Astrophysical Observatory controls Chandra's science and flight operations from Cambridge, Mass.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *