Một nhà vật lý thiên văn nói rằng Dải Ngân hà của chúng ta có thể đã chết, nhưng vẫn còn. Tại sao các thiên hà ngừng hình thành sao, thay đổi hình dạng và biến mất?
Xem lớn hơn. | Dải ngân hà trên Morocco, bởi Besancon Arnaud. Ghé thăm trang web của anh ấy.
Bởi Kevin Schawinski, Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zurich
Giống như một thây ma, dải ngân hà có thể đã chết nhưng nó vẫn tiếp tục. Hàng xóm thiên hà Andromeda của chúng ta gần như chắc chắn đã hết hạn cách đây vài tỷ năm, nhưng chỉ gần đây mới bắt đầu cho thấy những dấu hiệu bên ngoài về sự sụp đổ của nó.
Các thiên hà dường như có thể chuyển sang perish - tức là ngừng biến khí thành các ngôi sao mới - thông qua hai con đường rất khác nhau, được thúc đẩy bởi các quá trình rất khác nhau. Các thiên hà như Dải Ngân hà và Andromeda làm như vậy rất, rất chậm trong hàng tỷ năm.
Làm thế nào và tại sao các thiên hà cách ly sự hình thành sao và thay đổi hình thái, hay hình dạng của chúng, là một trong những câu hỏi lớn trong vật lý thiên văn ngoài vũ trụ. Bây giờ chúng ta có thể đang trên bờ vực có thể cùng nhau làm thế nào nó xảy ra. Và một phần của lời cảm ơn dành cho các nhà khoa học công dân, những người đã lướt qua hàng triệu hình ảnh thiên hà để phân loại những gì ra khỏi đó.
Một thiên hà (như NGC 3810 trong trường hợp này) có thể có cấu trúc xoắn ốc cổ điển và cũng đã chết? Tín dụng hình ảnh: ESA / Hubble và NASA, CC BY
Các thiên hà phát triển bằng cách tạo ra những ngôi sao mới
Các thiên hà là các hệ thống động liên tục tích tụ khí và chuyển đổi một phần của nó thành các ngôi sao.
Giống như con người, các thiên hà cần thức ăn. Trong trường hợp của các thiên hà, thực phẩm đó là một nguồn cung cấp khí hydro tươi từ mạng vũ trụ, các sợi và halos của vật chất tối tạo nên các cấu trúc lớn nhất trong vũ trụ. Khi khí này nguội đi và rơi vào quầng sáng vật chất tối, nó biến thành một đĩa sau đó có thể làm mát hơn nữa và cuối cùng phân mảnh thành các ngôi sao.
Khi các ngôi sao già đi và chết đi, chúng có thể đưa một phần khí đó trở lại thiên hà thông qua gió từ các ngôi sao hoặc bằng cách đi siêu tân tinh. Khi những ngôi sao khổng lồ chết trong những vụ nổ như vậy, chúng làm nóng khí xung quanh và ngăn không cho nó hạ nhiệt khá nhanh. Họ cung cấp những gì các nhà thiên văn học gọi là phản hồi của người Hồi giáo: sự hình thành sao trong các thiên hà là một quá trình tự điều chỉnh. Sức nóng từ những ngôi sao sắp chết đồng nghĩa với việc khí vũ trụ không thể làm lạnh thành những ngôi sao mới, điều này cuối cùng sẽ tạo ra một cú hích về việc có bao nhiêu ngôi sao mới có thể hình thành.
Hầu hết các thiên hà hình thành sao này đều có hình đĩa hoặc hình xoắn ốc, giống như Dải Ngân hà của chúng ta.
Trái: một thiên hà xoắn ốc bốc cháy trong ánh sáng xanh của những ngôi sao trẻ từ sự hình thành sao đang diễn ra; bên phải: một thiên hà hình elip chìm trong ánh sáng đỏ của những ngôi sao cũ. Tín dụng hình ảnh: Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan
Nhưng có một loại thiên hà khác có hình dạng hoặc hình thái rất khác nhau theo cách nói của nhà thiên văn học. Những thiên hà hình elip khổng lồ này có xu hướng trông hình cầu hoặc hình bóng đá. Họ không hoạt động gần như vậy - họ đã mất nguồn cung cấp khí đốt và do đó đã ngừng hình thành những ngôi sao mới. Các ngôi sao của chúng di chuyển trên các quỹ đạo không có thứ tự xa hơn, tạo cho chúng hình dạng tròn hơn, to hơn.
Các thiên hà hình elip này khác nhau theo hai cách chính: chúng không còn hình thành sao và chúng có hình dạng khác nhau. Một cái gì đó khá ấn tượng đã xảy ra với họ để tạo ra những thay đổi sâu sắc như vậy. Gì?
Màu xanh = trẻ và đỏ = già?
Sự phân chia cơ bản của các thiên hà thành các thiên hà xoắn ốc hình thành sao rực sáng dưới ánh sáng xanh của các ngôi sao lớn, trẻ và ngắn, một mặt và các hình elip yên tĩnh nằm trong ánh sáng ấm áp của các ngôi sao có khối lượng thấp cổ đại, mặt khác, quay trở lại các cuộc điều tra thiên hà đầu thế kỷ 20.
Nhưng, một khi các cuộc khảo sát hiện đại như Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan (SDSS) bắt đầu ghi lại hàng trăm ngàn thiên hà, các vật thể bắt đầu nổi lên không phù hợp với hai phạm trù rộng lớn đó.
Một số lượng đáng kể các thiên hà màu đỏ, không hoạt động có dạng hình elip, nhưng vẫn giữ được hình dạng đĩa. Bằng cách nào đó, những thiên hà này đã ngừng hình thành các ngôi sao mà không thay đổi đáng kể cấu trúc của chúng.
Đồng thời, các thiên hà hình elip màu xanh bắt đầu nổi lên. Cấu trúc của chúng tương tự cấu trúc của các hình elip màu đỏ và chết, nhưng chúng tỏa sáng dưới ánh sáng màu xanh sáng của các ngôi sao trẻ, cho thấy sự hình thành sao vẫn đang tiếp diễn trong chúng.
Làm thế nào để hai quả bóng kỳ quặc này - các hình xoắn ốc màu đỏ và hình elip màu xanh - phù hợp với bức tranh về sự tiến hóa của thiên hà?
Galaxy Zoo cho phép các nhà khoa học công dân phân loại các thiên hà.
trong các nhà khoa học công dân
Là một sinh viên tốt nghiệp ở Oxford, tôi đã tìm kiếm một số thiên hà kỳ quặc này. Tôi đặc biệt quan tâm đến các hình elip màu xanh và bất kỳ manh mối nào chúng chứa về sự hình thành của các thiên hà hình elip nói chung.
Tại một thời điểm, tôi đã dành cả tuần để trải qua gần 50.000 thiên hà từ SDSS, vì không có thuật toán nào để phân loại hình dạng thiên hà tốt như tôi cần. Tôi đã tìm thấy khá nhiều hình elip màu xanh, nhưng giá trị của việc phân loại tất cả khoảng một triệu thiên hà trong SDSS bằng mắt người nhanh chóng trở nên rõ ràng. Tất nhiên, việc tự mình trải qua một triệu thiên hà là điều không thể.
Một thời gian ngắn sau, một nhóm cộng tác viên và tôi đã ra mắt galaxyzoo.org và mời các thành viên của cộng đồng - các nhà khoa học công dân - tham gia nghiên cứu vật lý thiên văn. Khi bạn đăng nhập vào Galaxy Zoo, bạn sẽ được hiển thị hình ảnh của một thiên hà và một tập hợp các nút tương ứng với các phân loại có thể và hướng dẫn để giúp bạn nhận ra các lớp khác nhau.
Vào thời điểm chúng tôi ngừng ghi lại các phân loại từ một phần tư triệu người, mỗi một trong số một triệu thiên hà trên Vườn thú Galaxy đã được phân loại hơn 70 lần, mang lại cho tôi sự phân loại đáng tin cậy của con người về hình dạng thiên hà, bao gồm cả thước đo độ không chắc chắn. Có phải 65/70 nhà khoa học công dân đồng ý rằng thiên hà này là một hình elip? Tốt Nếu không có thỏa thuận nào cả, thì thông tin đó cũng vậy.
Khai thác trí tuệ của đám đông Hiệu ứng đám đông cùng với khả năng nhận dạng mẫu vô song của con người đã giúp sắp xếp qua một triệu thiên hà và khai quật được nhiều hình elip màu xanh lam và hình xoắn ốc màu đỏ ít phổ biến hơn để chúng ta nghiên cứu.
Biểu đồ khối màu thiên hà. Các thiên hà hình thành sao màu xanh nằm ở phía dưới, trong đám mây màu xanh. Các thiên hà màu đỏ, không hoạt động nằm ở trên cùng, trong chuỗi màu đỏ. Thung lũng green màu xanh là vùng chuyển tiếp ở giữa. Tín dụng hình ảnh: Schawinski + 14
Vô tình sống trong thung lũng xanh?
Ngã tư của quá trình tiến hóa thiên hà là một nơi gọi là thung lũng xanh của Hồi giáo. Đây có thể là cảnh quan tuyệt đẹp, nhưng đề cập đến dân số giữa các thiên hà hình thành sao màu xanh (đám mây màu xanh da trời) và các thiên hà phát triển thụ động màu đỏ (màu đỏ sự nối tiếp"). Các thiên hà có màu xanh lục và màu trung gian nên là các thiên hà đang hình thành sao đang trong quá trình tắt, nhưng vẫn còn một số hình thành sao đang diễn ra - cho thấy quá trình này chỉ dừng lại một thời gian ngắn, có lẽ vài trăm triệu năm .
Vì tò mò sang một bên, nguồn gốc của thuật ngữ Thung lũng xanh lá cây, thực tế có thể quay trở lại một cuộc nói chuyện được đưa ra tại Đại học Arizona về sự tiến hóa của thiên hà, khi người nói mô tả sơ đồ khối màu thiên hà, một thành viên của khán giả gọi ra : Thung lũng xanh, nơi các thiên hà sẽ chết! Thung lũng xanh, Arizona, là một cộng đồng nghỉ hưu ngay bên ngoài quê hương của trường đại học, Tucson.
Đối với dự án của chúng tôi, khoảnh khắc thực sự thú vị đã đến khi chúng tôi xem xét tốc độ các thiên hà khác nhau đang chết dần. Chúng tôi tìm thấy những người chết chậm là những hình xoắn ốc và những người sắp chết nhanh chóng là những hình elip. Phải có hai con đường tiến hóa khác nhau về cơ bản dẫn đến dập tắt trong các thiên hà. Khi chúng tôi khám phá hai kịch bản này - chết chậm và chết nhanh chóng - rõ ràng là hai con đường này phải được gắn với nguồn cung cấp khí đốt tạo ra ngôi sao đầu tiên.
Hãy tưởng tượng một thiên hà xoắn ốc như Dải Ngân hà của chúng ta vui vẻ chuyển đổi khí thành sao khi khí mới tiếp tục chảy vào. Sau đó, một điều gì đó xảy ra làm tắt nguồn cung cấp khí tươi bên ngoài: có lẽ thiên hà rơi vào một cụm thiên hà khổng lồ nơi cụm bên trong nóng khí cắt đứt khí tươi từ bên ngoài, hoặc có lẽ là quầng sáng vật chất tối của thiên hà phát triển đến mức khí rơi vào nó bị sốc đến nhiệt độ cao đến mức không thể hạ nhiệt trong thời đại vũ trụ. Trong mọi trường hợp, thiên hà xoắn ốc giờ chỉ còn lại khí mà nó có trong bể chứa.
Vì các hồ chứa này có thể rất lớn và việc chuyển đổi khí thành sao là một quá trình rất chậm, thiên hà xoắn ốc của chúng ta có thể tiếp tục khá lâu trong khi tìm kiếm sống còn sống với các ngôi sao mới, trong khi tốc độ hình thành sao thực tế giảm trong vài tỷ năm . Sự chậm chạp của việc sử dụng hết bình chứa khí còn lại có nghĩa là vào thời điểm chúng ta nhận ra rằng một thiên hà đang suy giảm thiết bị đầu cuối, thời điểm kích hoạt của Hồi đã xảy ra hàng tỷ năm trước.
Một hình ảnh Hubble của một phần của thiên hà Andromeda, giống như Dải Ngân hà của chúng ta có thể là một thây ma thiên hà. Tín dụng hình ảnh: NASA, ESA, J. Dalcanton, B.F. Williams và L.C. Johnson (Đại học Washington), nhóm PHAT và R. Gendler
Theo nghiên cứu mới nhất của chúng tôi, thiên hà Andromeda, thiên hà xoắn ốc khổng lồ gần nhất của chúng ta, nằm trong thung lũng xanh và có khả năng bắt đầu suy giảm từ trước: đó là một thiên hà zombie. Nó đã chết, nhưng vẫn tiếp tục di chuyển, vẫn tạo ra các ngôi sao, nhưng với tốc độ giảm dần so với những gì nó cần nếu nó vẫn là một thiên hà hình thành sao bình thường. Việc tìm hiểu xem Dải Ngân hà có ở thung lũng xanh hay không - trong quá trình ngừng hoạt động - sẽ khó khăn hơn nhiều, vì chúng ta đang ở Dải Ngân hà và không thể dễ dàng đo lường các đặc tính tích hợp của nó theo cách chúng ta có thể đối với các thiên hà xa xôi.
Ngay cả với những dữ liệu không chắc chắn hơn, có vẻ như Dải Ngân hà chỉ ở rìa, sẵn sàng lao xuống thung lũng xanh. Nó hoàn toàn có khả năng rằng thiên hà Milky Way là một thây ma, đã chết cách đây một tỷ năm.
Kevin Schawinski, Trợ lý Giáo sư Vật lý thiên văn Galaxy & Black Hole, Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zurich
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers. Đọc bài viết gốc.