Galaktyka gwiazdotwórcza (starburst) — definicja, przyczyny i ewolucja
Galaktyka gwiazdotwórcza (starburst) — definicja, przyczyny i ewolucja: jak fuzje i gaz napędzają wybuchy gwiazd i kształtują historię galaktyk.
Galaktyka gwiazdotwórcza (starburst) to galaktyka, w której tempo tworzenia się gwiazd jest znacznie większe niż w typowej galaktyce o podobnej masie. Produkcja gwiazd może sięgać dziesiątek lub nawet setek mas Słońca na rok (M☉/rok), podczas gdy w Drodze Mlecznej wynosi ona rzędu 1–3 M☉/rok. Tempo formowania gwiazd jest tak wysokie, że galaktyka szybko zużywa dostępny zimny gaz — faza ta trwa zwykle znacznie krócej niż wiek galaktyki, typowo 10^7–10^8 lat.
W praktyce faza gwiazdotwórcza to krótkotrwały etap w ewolucji galaktyki. Wiele obiektów tego typu obserwuje się w trakcie fuzji lub bliskiego spotkania z inną galaktyką — siły pływowe i wzbudzone zaburzenia grawitacyjne sprzyjają przepływowi gazu do centralnych rejonów, co zwiększa gęstość i wydajność formowania gwiazd.
Dlaczego powstają wybuchy gwiazd?
- Zderzenia i fuzje galaktyk — najczęstszy mechanizm wyzwalający starbursty; mieszanie i kompresja gazu prowadzi do intensywnej formacji gwiazd.
- Przepływ gazu (inflow) — bar w dysku, oddziaływania pływowe lub akrecja zimnego gazu mogą koncentrować paliwo w centrum galaktyki.
- Akrecja z otoczenia — dostawy gazu z sieci kosmicznych lub mniejszych satelitów mogą nagle zwiększyć zapas paliwa.
- Warunki wewnętrzne — wysoka gęstość molekularna i niskie temperatury sprzyjają szybkiemu zapłonowi gwiazd.
Cechy obserwacyjne
- Promieniowanie w podczerwieni: intensywne, gdyż dużo młodych, gorących gwiazd ogrzewa pył; niektóre starbursty klasyfikuje się jako LIRG/ULIRG (luminous/ultraluminous infrared galaxies).
- Silne linie emisyjne: typowe są jasne linie Hα, O[III], a także silny continuum w UV — to oznaka dużej populacji młodych, masywnych gwiazd.
- Pył i przesłonięcie: część promieniowania UV/optical może zostać zaabsorbowana i ponownie emitowana w FIR/sub-mm, dlatego obserwacje wielofalowe (UV–radio) są niezbędne.
- Wiatry galaktyczne i sprzężenie zwrotne: intensywne fale uderzeniowe i wiatry napędzane przez supernowe i promieniowanie młodych gwiazd mogą wypychać gaz poza galaktykę — obserwuje się je w optyce, rentgenie i w linii Na I D.
- Przykłady w pobliskim wszechświecie: dobrze znane są M82, NGC 253 czy zderzające się galaktyki z grupy Antennae (NGC 4038/4039), które służą jako lokalne laboratoria badań starburstów.
Znaczenie dla ewolucji galaktyk i kosmologii
Badania pobliskich galaktyk gwiazdotwórczych pomagają zrozumieć procesy, które budowały masę gwiazdową we Wszechświecie. Wiadomo, że wiele bardzo odległych galaktyk widocznych na przykład w Głębokim Polu Hubble'a to galaktyki gwiezdne, ale są one zbyt odległe, by móc je szczegółowo zbadać. Spojrzenie na pobliskie przykłady daje nam wyobrażenie o tym, co działo się we wczesnym Wszechświecie. Światło, które widzimy z odległych galaktyk, opuściło je, gdy Wszechświat był znacznie młodszy (patrz przesunięcie ku czerwieni).
Obserwacje pokazują, że galaktyki gwiazdotwórcze są rzadkie we współczesnym, lokalnym Wszechświecie, ale dużo liczniejsze w epoce gdy Wszechświat był młodszy. To zgodne z modelem, w którym w przeszłości galaktyki były bliżej siebie i częściej wchodziły w interakcje — prowadziło to do częstszych wybuchów gwiazd i intensywniejjszej budowy masy gwiazdowej. Starbursty odgrywają przy tym dwojaką rolę: z jednej strony szybko tworzą dużą liczbę gwiazd, z drugiej — przez sprzężenie zwrotne (wiatry, nagrzewanie) mogą wypompowywać gaz i ostatecznie gasić dalsze formowanie gwiazd, co może przyczyniać się do przemiany morfologicznej galaktyki (np. w kierunku bardziej „cichej” eliptycznej).
Jak bada się starbursty dziś?
Ze względu na wieloaspektowość zjawiska konieczne są obserwacje w wielu zakresach fal: UV i optyka (młode gwiazdy, linie emisyjne), podczerwień i sub-milimetrowy (pył i ukryte formowanie gwiazd), radiowy (gaz molekularny, HI) oraz rentgenowski (gorący gaz i wiatry). Nowoczesne teleskopy i instrumenty, takie jak ALMA, JWST czy duże obserwatoria rentgenowskie, umożliwiają badanie zarówno lokalnych przykładów, jak i odległych, słabo rozdzielczych obiektów z wczesnego Wszechświata.
Podsumowanie: galaktyka gwiazdotwórcza (starburst) to etap intensywnego tworzenia gwiazd, wywołany zwykle przez interakcje i napływ gazu. Choć krótkotrwały, etap ten ma duży wpływ na kształtowanie populacji gwiazd, zawartość gazu i dalszą ewolucję galaktyki, a jego zrozumienie jest kluczowe dla poznania historii powstawania galaktyk we Wszechświecie.
W galaktykach Antennae widoczne są wybuchy gwiazd podczas zderzenia NGC 4038/NGC 4039. Kredyt: NASA/ESA
Messier 82 jest prototypem galaktyki gwiezdnej. Znajduje się ona w odległości około 12 milionów lat świetlnych w gwiazdozbiorze Ursa Major.
Słynne galaktyki gwiezdne
Znane galaktyki gwiezdne to m.in.
- M82
- Galaktyki antenowe (NGC 4038/NGC 4039)
- IC 10
- Centaurus A
- Messier 100
- Galaktyka Cartwheel
Pytania i odpowiedzi
P: Czym jest galaktyka gwiezdna?
O: Galaktyka gwiezdna to galaktyka o bardzo wysokim tempie formowania się gwiazd.
P: Jak długo trwa wybuch gwiazdy w galaktyce?
O: Gwiezdny wybuch galaktyki trwa tylko przez krótką fazę ewolucji galaktyki, zaledwie kilkadziesiąt milionów lat.
P: Co dzieje się ze zbiornikiem gazu w galaktyce gwiezdnej?
O: Rezerwuar gazu w galaktyce gwiezdnej zostanie szybko zużyty przez wysokie tempo formowania się gwiazd.
P: Jaki jest związek między galaktykami gwiezdnymi a łączeniem się galaktyk?
O: Większość galaktyk gwiezdnych jest w trakcie fuzji lub przynajmniej bliskiego spotkania z inną galaktyką.
P: W czym mogą nam pomóc badania pobliskich galaktyk gwiezdnych?
O: Badanie pobliskich galaktyk gwiezdnych może pomóc nam poznać historię powstawania i ewolucji galaktyk.
P: Dlaczego bardzo odległe galaktyki widoczne w Głębokim Polu Hubble'a są znane jako galaktyki gwiezdne?
O: Bardzo odległe galaktyki widoczne w Głębokim Polu Hubble'a są znane jako gwiezdne wybuchy, ponieważ światło, które z nich widzimy, opuściło je, gdy Wszechświat był znacznie młodszy, a spojrzenie na pobliskie przykłady daje nam wyobrażenie o tym, co działo się we wczesnym Wszechświecie.
P: Dlaczego galaktyki gwiezdne występują częściej w większych odległościach?
O: Galaktyki gwiezdne są bardziej powszechne w dalszej odległości, ponieważ wydają się być dość rzadkie w naszym lokalnym wszechświecie, co sugeruje, że było ich więcej miliardy lat temu, kiedy galaktyki były bliżej siebie i bardziej prawdopodobne było, że będą podlegać wzajemnemu wpływowi grawitacyjnemu.
Przeszukaj encyklopedię