Kui universumis toimuvad sarnased suurused galaktikad, ühinevad nad uute tähtede moodustamiseks vesiniku ja heeliumigaasiga. Selle tulemuseks võib olla tähtede moodustumise märgatavalt tõus, sarnaselt sellele, mida me täheldame läheduses asuvas galaktikas Henize 2–10, mis asub 30 miljoni valgusaasta kaugusel. (Röntgen (NASA / CXC / VIRGINIA / A.REINES ET AL); RADIO (NRAO / AUI / NSF); OPTIKA (NASA / STSCI))

Mis tunne oli, kui galaktikad moodustasid suurima arvu tähti?

Tähtede moodustumise kiirus kogu universumis on langenud juba enam kui 10 miljardit aastat. Siin on lugu.

Vaadake väga erinevaid galaktikaid universumis ja leiate tohutult erinevaid lugusid. Suurimad neist on hiiglaslikud elliptilised kujundid, millest paljud pole kogu meie kosmilise ajaloo teisel poolel moodustanud ühtegi uut tähte. Paljud spiraalsed galaktikad on nagu meie Linnutee, kus väike arv piirkondi moodustab uusi tähti, kuid kus üldine galaktika on suures osas vaikne. Ja mõnes galaktikas toimub tähede moodustumise kiire ja intensiivne periood, alates koosmõjulistest spiraalidest, mis on täis miljonite uute tähtedega, kuni ebaregulaarsete tähtede puhkemise galaktikateni, kus kogu galaktika muundub tähte moodustavaks piirkonnaks.

Kuid keskmiselt on täna uute tähtede moodustumise kiirus madalaim kui Universumi ekstreemsetest varajastest staadiumitest alates. Suurem osa tähtedest maailmas moodustus alles esimese 1–3 miljardi aasta jooksul ja tähtede moodustumise kiirus on sellest ajast alates langenud. Selle taga on kosmiline lugu.

Hubble'i / Spitzeri galaktikaklastri SpARCS1049 + 56 liitpilt näitab, kuidas gaasirikas ühinemine (kese) võib käivitada uute tähtede moodustumise. (NASA / STSCI / ESA / JPL-CALTECH / MCGILL)

Universumi algusaegadel on mateeria palju tihedam kui praegu. Sellel on väga lihtne põhjus: vaadeldavas universumis on kindel kogus materjali, kuid ruumi enda kangas laieneb. Nii et kui universum oli noorem, võisite arvata, et tähtede moodustumist on rohkem, kuna rohkem mateeriaid on lähemal klompide ja tähtede moodustamiseks.

Kuid ka algusaegadel oli Universum ühtlasem. Kuuma Suure Paugu ajal olid kõige tihedamad piirkonnad kõigest umbes 0,01% tihedamad kui tüüpiline keskmine piirkond ning seetõttu võtab nende ülepaisutatud piirkondade kasvamine ja piisavalt materjali kogumine, et moodustada tähti, galaktikaid, ja veelgi suuremad struktuurid. Varakult on teil tegureid, mis töötavad nii teie jaoks kui ka teie vastu.

Galaktikad, kus toimub praegu gravitatsiooniline vastastoime või ühinemine, moodustavad peaaegu alati ka uued säravad sinised tähed. Algul moodustab tähtede moodustamise lihtne kokkuvarisemine, kuid suurem osa tänapäeval nähtavatest tähtede moodustumisest tuleneb vägivaldsemast protsessist. Selliste galaktikate ebaregulaarsed või häiritud kujundid on peamine signaal, et just see juhtub. (NASA, ESA, P. OESCH (GENEVA ÜLIKOOL) ja M. MONTES (UUE LÕUNA-WALSI ÜLIKOOL)

Tähtede moodustamise viis on üsna sirgjooneline: saate suure hulga massi kokku samas kohas, laske sellel jahtuda ja kokku variseda ning saate uue tähte moodustava piirkonna. Sageli võib suur väline väline päästik, nagu loodejõud suurest lähedalasuvast massist või supernoova või gammakiirguse tagajärjel kiiresti väljutatud materjalist, põhjustada ka seda tüüpi varisemist ja uute tähtede moodustumist.

Me näeme seda lähedalasuvas universumis, nii galaktika piirkondades, nagu Tarantula udukogu suures Magelani pilves, kui ka tervete galaktikate endi skaaladel, nagu näiteks Messier 82-s (sigari galaktika), mis on gravitatsiooniliselt naabri Messieri mõjul.

Tähepurustatud galaktikas Messier 82, mille ainet väljutatakse, nagu näitasid punased joad, on praegune tähtede moodustumise laine vallandunud tihedas gravitatsioonilises koostoimimises naabri ereda spiraalgalaktikaga Messier 81. (NASA, ESA, HUBBLE) HERITAGE TEAM (STSCI / AURA); TUNNUSTAMINE: M. MOUNTAIN (STSCI), P. PUXLEY (NSF), J. GALLAGHER (U. WISCONSIN))

Kuid kõigi tähtede moodustamise suurim käivitaja on see, mida astronoomid nimetavad suureks ühinemiseks. Kui kaks võrreldavat galaktikat põrkuvad ja ühinevad, võib tohutu tähtede moodustumise laine ümbritseda kogu galaktika, põhjustades seda, mida me nimetame tähepurkeks. Need on suurimad tähekujunduse juhtumid universumis ja mõned neist esinevad ka tänapäeval.

Kas see tähendab, et tähtede moodustumine toimub jätkuvalt sama kiirusega või nende lähedal kui haripunktis? Vaevalt. Enamik neist suurematest ühinemistest on juba kaugel Universumi ajaloo tahavaatepeeglis. Universumi laienemine on järeleandmatu nähtus, nagu ka gravitatsioon. Probleem on selles, et toimub võistlus ja ammu kadunud gravitatsioon.

Universumi oodatavad saatused (kolm parimat illustratsiooni) vastavad kõik universumile, kus aine ja energia võitlevad esialgse paisumiskiirusega. Meie vaadeldavas universumis põhjustab kosmilise kiirenduse teatud tüüpi tume energia, mis on seni seletamatu. Kõiki neid Universumeid juhivad Friedmanni võrrandid, mis seovad Universumi paisumist selles esinevate eri tüüpi mateeria ja energiaga. (E. SIEGEL / GALAXIA JÄRGI)

Kui universum moodustataks 100% ainest ja kui esialgne paisumiskiirus ja aine tihedus tasakaalustaksid üksteist ideaalselt, elaksime me universumis, kus tulevikus oleks alati suuri ühinemisi. Moodustunud suuremahulise konstruktsiooni suurusel ei oleks piire:

  • täheparved sulanduksid protogalaktikatesse,
  • proto-galaktikad sulanduvad väikesteks väikesteks galaktikateks,
  • need galaktikad sulanduvad suurtesse spiraalidesse, mis meil täna on,
  • spiraalid sulanduvad kokku, moodustades hiiglaslikud elliptilised kujundid,
  • spiraalid ja elliptilised jaotuksid klastritesse,
  • klastrid põrkuvad kokku ja moodustavad superklastrid,
  • ja superparved ise moodustaksid koos, mis viiks megaklastriteni,

ja nii edasi. Aja möödudes ei olnud kosmilise veebi kasvu ja kasvu ulatust piirata.

Pimeda aine kosmiline võrk ja selle moodustatav suuremahuline struktuur. Tavaline mateeria on olemas, kuid moodustab ainult 1/6 kogu ainest. Ülejäänud viies kuuendik on tumeaine ja ükski tavaline aine ei vabane sellest. Kui Universumis poleks tumedat energiat, siis aja jooksul struktuur kasvab ja kasvab ka suuremates ja suuremates mõõtkavades. (MILLENIUM-SIMULATSIOON, V. SPRINGEL ET AL.)

Kahjuks kõigile teile, uute staaride fännidele, pole see meie universum. Meie Universumis on palju vähem ainet kui seda ja enamus meie asjadest, mis meil on, pole üldse tähte moodustav materjal, vaid pigem mingi tumeda aine vorm. Lisaks tuleb suurem osa Universumi energiast tumeda energia kujul, mida kasutatakse ainult seondumata struktuuride eraldamiseks.

Selle tulemusel ei saa me ühtegi suuremahulist struktuuri, mis oleks suurem kui galaktikaparvede suurus. Muidugi, mõned galaktikaparved sulanduvad omavahel, kuid sellist asja nagu ülemklaster pole olemas; need näilised struktuurid on pelgalt fantaasid, mis tuleb hävitada, kui Universum laieneb.

Linnutee (punane täpp) sisaldav Laniakea superklaster Neitsi klastri ääres (Linnutee lähedal suur valge kollektsioon). Vaatamata pildi petlikule väljanägemisele pole see päris struktuur, kuna tume energia ajab suurema osa neist klompidest laiali, killustades neid aja möödudes. (TULLY, R. B., COURTOIS, H., HOFFMAN, Y & POMARÈDE, D. LOODUS 513, 71–73 (2014))

Milline näeb välja meie universum, milline on meie tähekeste kujunemise ajalugu? Esimesed tähed moodustuvad võib-olla 50–100 miljoni aasta pärast, kui väikesemõõtmelised molekulaarpilved võivad aine koguneda piisavalt, et variseda. Selleks ajaks, kui Universum on umbes 200–250 miljonit aastat vana, on esimesed täheparved omavahel sulandunud, vallandades uue tähtede moodustumise laine ja moodustades kõige varasemad galaktikad. Selleks ajaks, kui universum on 400–500 miljonit aastat vana, on suurimad galaktikad juba kasvanud mõne miljardi päikese massini: umbes 1% Linnutee massist.

Natuke hiljem sellest hakkavad moodustuma esimesed galaktikaparved, suuremad ühinemised muutuvad tavaliseks ja kosmiline veeb muutub üha tihedamaks. Universumi esimese 2–3 miljardi aasta jooksul kasvab tähtede moodustumise kiirus alles.

Tähelasteaed Linnutee satelliitgalaktikas asuvas suures Magellaani pilves. See uus, läheduses asuv tähtede moodustumise märk võib tunduda üldlevinud, kuid uute tähtede moodustumise kiirus kogu universumis on vaid mõni protsent sellest, mis ta oli oma varajases tipus (NASA, ESA ja HUBBLE) PÄRAST TEEMAD (STSCI / AURA) -ESA / HUBBLITE KOOSTÖÖ)

See tõus ei jätku sellest hetkest kaugemale. Pärast umbes 3 miljardi aasta vanust tähtede moodustumise kiirus hakkab langema ning langeb seejärel sademeid ja pidevalt.

Mis selle põhjuseks on?

Mitmed tegurid, kõik töötavad koos. Tähed moodustuvad (enamasti) vesinikust ja heeliumgaasist, mis varisevad kokku ja süttivad tuumasünteesi. See sulandumine suurendab siserõhku, eemaldades suure osa potentsiaalselt tähte moodustavast materjalist. Kui galaktikad koonduvad rühmade ja klastrite moodustamiseks, suureneb gravitatsioonipotentsiaal, kuid ka galaktikatevaheline keskkond saab selle sees rohkem materjali. See tähendab, et kuna galaktikad läbivad kosmose tihedamaid piirkondi, võetakse suur osa sellest potentsiaalselt tähte moodustavast materjalist ära.

Üks universumi kiiremini teadaolevaid galaktikaid, mis ületab oma klastri (ja on gaasi eemaldatud) mõne protsendi valguse kiirusega: tuhanded km / s. Tähtede jäljed moodustuvad selle järel, samal ajal kui tumeaine jätkub algse galaktikaga. (NASA, ESA, JEAN-PAUL KNEIB (LABORATOIRE D’ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE) ET AL.)

Lisaks töödeldakse aja möödudes üha enam neis galaktikates leiduvat materjali: täidetakse raskemate ja raskemate elementidega. UC Riverside'i teadlaste uues uuringus leidsid nad, et mida vanem on tähte moodustav galaktika, seda aeglasemalt ta tähti moodustab.

Kasutades mõnda nende enda äsja avastatud SpARCS-klastrit, avastas uus UCR-i juhitud uuring, et tähtede moodustumise peatamine galaktikal võtab universumi vananedes kauem aega: ainult 1,1 miljardit aastat, kui universum oli noor (4 miljardit aastat vana), 1,3 miljard aastat, kui universum on keskealine (6 miljardit aastat vana), ja praeguses universumis 5 miljardit aastat.

Teisisõnu, uued tähed tekivad kiiremini ja tänapäeval aeglasemalt. Lisage tumedat energiat, mis piirab täiendava struktuuri moodustumist, ja saate retsepti väga vaikseks universumiks.

Pandora klaster, mis on ametlikult tuntud kui Abell 2744, on nelja sõltumatu galaktikapargi kosmiline purunemine, mis kõik on kokku pandud vastupandamatu raskusjõu alla. Siin võib ilmneda tuhandeid galaktikaid, kuid Universum ise sisaldab neist võib-olla kaks triljonit. (NASA, ESA ja J. LOTZ, M. MOUNTAIN, A. KOEKEMOER ja HFF-i meeskond)

Paneme kõik nüüd kokku. Varakult oli palju põlist (või rohkem põlist) materjali ja veel palju võrreldava suurusega galaktikate ühinemisi. Kui suured galaktikad ühinesid klastrites, moodustasid nad toona kõigepealt klastrid, mis tähendas, et galaktikate vastasmõjul oli vähem massi eemaldamist ja rohkem tähtede lõhkemist. Ja kuigi galaktikad on tänapäeval suuremad kui tollal, olid nad mõne miljardi aasta pärast siiski märkimisväärsed ja ühinemised olid palju tavalisemad.

Kõike seda öeldes, kõigi aegade kõige põhjalikumate uuringute kohaselt on tähtede moodustumise määr langenud ilmatu maksimumi, 11 miljardi aasta taguse ajaga, 97% võrra.

Tähtede moodustumise määr saavutas haripunkti, kui Universum oli umbes 2,5 miljardit aastat vana, ja on sellest ajast alates langenud. Lähiminevikus on tähtede moodustumise määr tegelikult langenud, mis vastab tumeda energia domineerimise algusele. (D. SOBRAL ET AL. (2013), MNRAS 428, 2, 1128–1146)

Tähtede moodustumise kiirus langes mõne miljardi aasta jooksul aeglaselt ja ühtlaselt, mis vastab ajajärgule, kus Universum oli endiselt mateeria domineeriv, koosnes lihtsalt rohkem töödeldud ja vananenud materjalist. Arvude järgi oli ühinemisi vähem, kuid osaliselt kompenseeris see asjaolu, et suuremad struktuurid ühinesid, mis viis suuremate piirkondadeni, kus moodustusid tähed.

Kuid umbes 6–8 miljardi aasta vanuselt hakkasid tumeda energia mõjud nende olemasolu tähtede moodustumise kiirusele teatavaks tegema, põhjustades selle sadenemist. Kui tahame näha tähtede moodustumise suurimaid puruneid, pole meil muud valikut kui kaugele vaadata. Äärmiselt kauge Universum on koht, kus tähtede moodustumine oli maksimaalne, mitte lokaalselt.

Hubble'i uuringute jaoks ette nähtud täiustatud kaamera tuvastas hulga ülimagusaid galaktikaparve. Kui tume energia on kosmoloogiline konstant, jäävad kõik need klastrid gravitatsiooniliselt seotuks nagu kõik galaktikarühmad ja klastrid, kuid kiirenevad meist ja üksteisest aja jooksul, kui tume energia domineerib Universumi laienemises jätkuvalt. Nendel üliväikestel klastritel on tähtede moodustumise kiirus palju suurem kui klastritel, mida täna vaatleme. (NASA, ESA, J. BLAKESLEE, M. POSTMAN JA G. MILEY / STSCI)

Kuni Universumis on gaasi ja gravitatsioon on endiselt asi, on võimalusi uute tähtede moodustamiseks. Kui võtate gaasipilve ja lasete sellel kokku kukkuda, tuuleb ainult umbes 10% sellest materjalist tähtedes; ülejäänu läheb tagasi tähtedevahelisse keskkonda, kus ta saab kauges tulevikus veel ühe võimaluse. Kuigi tähtede moodustumise kiirus on Universumi algusaegadest alates langenud, ei tohiks oodata nulli langemist, kuni Universum on praeguses vanuses tuhandeid kordi. Jätkame triljonite aastate jooksul uute tähtede moodustamist.

Kuid isegi kõige selle taustal on uued tähed praegu palju haruldus, kui nad on olnud meie mineviku üheski punktis pärast Universumi algfaasis. Peaksime olema võimelised välja selgitama, kuidas tähtede moodustumine saavutas haripunkti ja millised tegurid olid James Webbi kosmoseteleskoobi tulekuga algusaegadel tähtede moodustumise määra kujundanud. Me juba teame, kuidas Universum välja näeb ja kuidas see tänapäeval langeb. Järgmine suur samm, mis on peaaegu meie ees, on õppida, kuidas ta kasvas selliseks, nagu ta oli igal meie mineviku sammul.

Lisateave selle kohta, milline oli universum siis, kui:

  • Mis tunne oli, kui universum oli täis?
  • Mis tunne see oli, kui Suur Pauk alguse sai?
  • Mis tunne oli, kui universum oli kõige kuumem?
  • Mis tunne oli siis, kui universum lõi kõigepealt rohkem ainet kui antimaterjali?
  • Mis tunne oli, kui Higgs andis massi Universumile?
  • Mis tunne oli, kui me esimest korda prootoneid ja neutroneid tegime?
  • Mis tunne oli, kui kaotasime viimase oma antimaterjali?
  • Mis tunne oli, kui universum tegi oma esimesed elemendid?
  • Mis tunne oli, kui universum tegi esimest korda aatomeid?
  • Mis tunne oli, kui universumis polnud tähti?
  • Mis tunne oli, kui esimesed tähed hakkasid universumit valgustama?
  • Mis tunne oli, kui esimesed tähed surid?
  • Mis tunne oli, kui Universum tegi oma teise tähepõlvkonna?
  • Mis tunne oli, kui universum tegi päris esimesed galaktikad?
  • Mis tunne oli, kui tähevalgus murdis esmakordselt läbi Universumi neutraalsed aatomid?
  • Mis tunne see oli, kui moodustusid esimesed supermassiivsed mustad augud?
  • Mis tunne oli siis, kui elu universumis esimest korda võimalikuks sai?

Starts With A Bang on nüüd Forbesil ja tänu meie Patreoni toetajatele uuesti keskkonnas avaldatud. Ethan on kirjutanud kaks raamatut "Beyond The Galaxy" ja "Treknology: The Star of Treki teadus Tricordersist Warp Drive'i".