Kemijski tragovi otkrili kako je golema spiralna galaksija rasla 12 milijardi godina

Povijest velikih galaksija dosad se uglavnom rekonstruirala iz računalnih modela i općih pravila njihova razvoja. Sada su astronomi prvi put uspjeli “pročitati” prošlost jedne spiralne galaksije izvan Mliječne staze na mnogo precizniji način, prateći njezine kemijske potpise kroz prostor i vrijeme. Riječ je o otkriću koje otvara novu granu astronomije, takozvanu ekstragalaktičku arheologiju, i pokazuje da se i u dalekim galaksijama može pratiti kako su nastajale, rasle i spajale se s manjim sustavima.

Istraživanje, objavljeno u časopisu Nature Astronomy, vodio je tim iz Centra za astrofiziku | Harvard & Smithsonian, a u središtu rada našla se obližnja spiralna galaksija NGC 1365. Ta je galaksija Zemlji okrenuta gotovo licem, pa su znanstvenici mogli vrlo jasno razlučiti njezin široki disk i pojedinačne oblake u kojima nastaju zvijezde.

Prema riječima voditeljice istraživanja Lise Kewley, profesorice na Harvardu i ravnateljice Centra za astrofiziku, riječ je o prvom slučaju u kojem je metoda kemijske arheologije primijenjena s tolikom razinom detalja izvan naše galaksije. Cilj je, kaže, razumjeti kako su se oblikovale galaksije poput Mliječne staze i kako su u njima nastali elementi nužni za život, uključujući kisik koji danas udišemo.

Galaktična prošlost upisana u kisik

Znanstvenici su koristili podatke iz pregleda TYPHOON prikupljene teleskopom Irénée du Pont u zvjezdarnici Las Campanas. Ključ cijele analize bio je raspored kisika u plinu unutar galaksije.

Kad su zvijezde mlade i vrlo vruće, snažno zrače u ultraljubičastom dijelu spektra. Takvo zračenje pobuđuje okolni plin, a pojedini elementi tada ostavljaju karakteristične, uske linije svjetlosti. Među njima je i kisik, koji je astronomima poslužio kao svojevrsni kemijski zapis prošlih događaja.

Odavno je poznato da središta galaksija obično sadrže više težih elemenata, dok ih je na rubovima manje. No taj raspored nije slučajan. Na njega utječu mjesta i razdoblja u kojima su nastajale zvijezde, eksplozije supernova, dotok i odljev plina te stara spajanja s drugim galaksijama.

Upravo su promjene u rasporedu kisika kroz NGC 1365 istraživačima omogućile da rekonstruiraju njezinu dinamiku kroz čak 12 milijardi godina kozmičke povijesti.

Spajanja s patuljastim galaksijama

Kako bi iz opažanja izvukli što pouzdaniju priču o nastanku galaksije, astronomi su rezultate usporedili s naprednim simulacijama razvoja galaksija u sklopu projekta Illustris. Te simulacije prate gibanje plina, nastanak zvijezda, ulogu crnih rupa i kemijsku evoluciju galaksija od ranih razdoblja nakon Velikog praska pa sve do danas.

Tim je pregledao simulacije oko 20.000 galaksija i među njima pronašao onu koja po opaženim svojstvima najviše odgovara NGC 1365. Na temelju toga zaključili su kako je ova galaksija započela kao malen sustav, a zatim postupno izrasla u divovsku spiralu kroz niz spajanja s manjim patuljastim galaksijama.

Središnji dio NGC 1365, pokazala je analiza, formirao se rano i brzo se obogatio kisikom. Plin u udaljenijim dijelovima galaksije nakupljao se tijekom 12 milijardi godina, uglavnom kroz sudare i spajanja s manjim galaksijama. Vanjski spiralni krakovi, čini se, nastali su razmjerno kasno, tijekom posljednjih nekoliko milijardi godina, a i oni su dodatno hranjeni plinom i zvijezdama pristiglim iz patuljastih galaksija.

Lars Hernquist, profesor astrofizike na Harvardu i astronom u Centru za astrofiziku, istaknuo je da je posebno uzbudljivo to što su opažanja iz druge galaksije tako tijesno potvrdila ono što simulacije predviđaju. Time se, smatra, pokazuje da procesi koje astronomi modeliraju na računalima doista oblikuju galaksije poput NGC 1365 kroz milijarde godina.

Šire gledano, ovo istraživanje pokazuje da se povijest galaksije može iščitati iz kemijskih tragova u njezinu plinu. To bi moglo promijeniti i način na koji surađuju promatrački i teorijski astronomi, jer su u ovom radu opažanja i teorija bili podjednako važni. Bez jedne polovice, zaključci druge ne bi bili mogući.

Za astronomiju je možda još važnije to što NGC 1365 u nekim crtama podsjeća na Mliječnu stazu. Upravo zato ovakav pristup može pomoći da se napokon odgovori na neka od velikih pitanja: nastaju li sve spiralne galaksije na sličan način, koliko su njihovi putevi razvoja različiti i je li naša galaksija u tom pogledu tipična ili ipak neobična. Novo istraživanje ne daje konačne odgovore, ali prvi put pokazuje da bi se do njih moglo doći čitanjem kemijskih tragova izvan granica Mliječne staze.