Amikor az Univerzumban hasonló méretű galaxisok fúziója következik be, új csillagokat képeznek a benne levő hidrogén- és héliumgázból. Ez erőteljesen megnövekedett csillagképződéshez vezethet, hasonlóan ahhoz, amit megfigyelünk a közeli Henize 2-10-es galaxisban, amely 30 millió fényévnyire van. (Röntgen (NASA / CXC / VIRGINIA / A.REINES ET AL); RÁDIÓ (NRAO / AUI / NSF); OPTIKAI (NASA / STSCI))

Milyen volt, amikor a galaxisok a legnagyobb csillagszámot alkották?

Több mint 10 milliárd éve a csillagképződés mértéke az Univerzumban zuhan. Itt a történet.

Vessen egy pillantást a világegyetemben található galaxisok sokféleségére, és rendkívül eltérő történetekkel fog találkozni. A legnagyobb a hatalmas elliptikus alakúak, amelyek közül sokan nem hoztak létre új csillagokat az egész kozmikus történelem második felében. Számos spirális galaxis olyan, mint a Tejútunk, néhány régió új csillagokat képez, de a teljes galaxis nagyjából csendes. Néhány galaxis gyors, intenzív csillagképződés-perióduson megy keresztül, az egymással kölcsönhatásba lépő spirálokon, amelyeket milliónyi új csillag tölt be, a szabálytalan csillagszélű galaxisokig, ahol az egész galaxis csillagképző régióvá alakul.

De az új csillagok kialakulásának aránya manapság a legalacsonyabb, mint az univerzum szélsőséges korai szakaszai óta. A világegyetemben a csillagok többsége csak az első 1-3 milliárd év alatt alakult ki, és a csillagképződés mértéke azóta zuhan. Itt van a mögötte álló kozmikus történet.

A SpARCS1049 + 56 galaxis klaszter Hubble / Spitzer összetett képe megmutatja, hogy egy gázban gazdag fúzió (központ) miként válthatja ki az új csillagok kialakulását. (NASA / STScl / ESA / JPL-Caltech / MCGILL)

Az univerzum kezdeti napjaiban az anyag sokkal sűrűbb, mint ma. Ennek nagyon egyszerű oka van: rögzített mennyiségű anyag van a megfigyelhető univerzumban, de maga a tér szövet bővül. Tehát azt várnád, hogy amikor az Univerzum fiatalabb volt, több csillag képződne, mivel több anyag közelebb állna a csomókhoz és a csillagokhoz.

De a korai napokban is az univerzum egységesebb volt. A forró nagyrobbanás pillanatában a sűrűbb régiók mindössze körülbelül 0,01% -kal voltak sűrűbbek, mint egy tipikus, átlagos régió, és így hosszú idő szükséges ahhoz, hogy ezek a túlterhelt régiók növekedjenek és elegendő anyagot gyűjtsenek csillagok, galaxisok kialakulásához, és még nagyobb szerkezetek. Korai szakaszában vannak olyan tényezők, amelyek mind az ön, mind pedig ellenük működnek.

A galaxisok, amelyek jelenleg gravitációs kölcsönhatásokon vagy összeolvadásokon mennek keresztül, szinte mindig új, fényes, kék csillagokat képeznek. Először az egyszerű összeomlás jelenti a csillagok kialakulásának módját, de a mai csillagképződés nagy része erőszakosabb folyamat eredménye. Az ilyen galaxisok szabálytalan vagy zavart formái kulcsfontosságú jelzést adnak arra, hogy ez történik. (NASA, ESA, OESCH P. (GENEVA EGYETEM) és M. MONTES (ÚJ DÉL-WALES EGYETEM))

A csillagok formálása nagyon egyszerű: nagy mennyiségű tömeget hozhat össze ugyanabban a helyen, hagyja lehűlni és összeomlik, és kap egy új csillagképző régiót. Gyakran egy nagy, külső trigger, például egy nagy, közeli tömegből származó szupernóva vagy gamma-sugaras robbanásból származó nagy darabok árapályos erői okozhatják az ilyen összeomlást és új csillagképződést is.

Ezt láthatjuk a közeli világegyetemben, egyaránt a galaxison belüli régiókban, mint például a Tarantula köd a Nagy Magellán Felhőben, valamint maguk a teljes galaxisok skáláin, mint például a Messier 82-ben (a Cigar-galaxis), amely gravitációs szomszédja, Messier 81 befolyásolja.

A csillagszórós Messier 82 galaxisban, amikor az anyagot a vörös fúvókák szerint kiutasították, a jelenlegi csillagképződésnek ezt a hullámát szoros gravitációs kölcsönhatás váltotta ki szomszédjával, a fényes spirális galaxissal, a Messier 81.-vel (NASA, ESA, HUBBLE). Öröklődéses csapat (STSCI / AURA); KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS: MOUNTAIN M. (STSCI), PUXLEY P. (NSF), J. GALLAGHER (U. WISCONSIN))

De a csillagképződés legfontosabb kiváltója az, amelyet az csillagászok nagy összefonódásnak hívnak. Amikor két összehasonlítható galaxis összeütközik és összeolvad, a csillagképződés hatalmas hulláma beboríthatja az egész galaxist, okozva az úgynevezett csillagszórást. Ez a csillagképződés legnagyobb példánya az univerzumban, és ezek közül néhány még ma is előfordul.

Ez azt jelenti, hogy a csillagképződés folytatódik ugyanolyan sebességgel, vagy azok közelében, mint a csúcs? Alig. Ezen nagyobb fúziók nagy része már messze van az univerzum története visszapillantó tükrében. Az Univerzum tágulása könyörtelen jelenség, csakúgy, mint a gravitáció. A probléma az, hogy folyamatban van egy verseny, és a gravitáció régen elveszett.

A világegyetem várható sorsa (az első három ábra) egy olyan világegyetemnek felel meg, ahol az anyag és az energia a kezdeti tágulási sebességgel harcol. Megfigyelt világegyetemünkben a kozmikus gyorsulást valamilyen típusú sötét energia okozza, amely eddig megmagyarázhatatlan. Mindegyik univerzumot a Friedmann-egyenletek szabályozzák, amelyek az Univerzum terjeszkedését a benne lévő különféle anyag- és energiatípusokhoz kapcsolják. (E. SIEGEL / A GALAXY ELŐTT)

Ha az Univerzumot az anyag 100% -á tenné, és a kezdeti expanziós arány és az anyag sűrűsége tökéletesen kiegyensúlyoznák egymást, akkor egy olyan univerzumban élnénk, amelynek jövője mindig jelentős összefonódásokkal járna. A kialakult nagyléptékű szerkezet méretére nincs korlátozás:

  • a csillagfürtök egyesülnek a proto-galaxisokba,
  • a proto-galaxisok összekapcsolódnak fiatal, kicsi galaxisokká,
  • ezek a galaxisok beleolvadnának a nagy spirálba, amelyek ma vannak,
  • a spirálok összeolvadnak és óriási ellipsziseket képeznek,
  • a spirálok és az elliptikus csoportokba esnek,
  • a klaszterek összeütköznének és szuperklasztereket képeznének,
  • és a szuperklaszterek maguk együtt alkotnának, megalapokhoz vezetve,

stb. Az idő múlásával nem volt korlátozva a kozmikus háló növekedésének és növekedésének skálája.

A sötét anyag kozmikus hálója és az általa formált nagy léptékű struktúra. A normál anyag jelen van, de az összes anyagnak csak a hatodik része. A másik 5/6-os rész sötét anyag, és a normál anyag egyetlen mennyisége sem fog megszabadulni tőle. Ha nem lenne sötét energia az univerzumban, akkor a szerkezet növekszik és növekszik egyre nagyobb skálán, az idő múlásával. (A MILLENIUM SZIMULÁCIÓ, V. SPRINGEL ÉS AL.)

Sajnos az új csillagok rajongói számára, ez nem a mi világegyetemünk. Univerzumunkon lényegesen kevesebb anyag van, és az anyagunk nagy része nem csillagképző anyag, hanem inkább a sötét anyag valamilyen formája. Ezen túlmenően az Univerzum legtöbb energiája sötét energia formájában érkezik, amely csak a kötetlen struktúrák szétválasztására szolgál.

Ennek eredményeként nem kapunk olyan nagyméretű struktúrákat, amelyek meghaladják a galaxiscsoportok méretét. Persze, néhány galaxisfürt összeolvad, de nincs ilyen, mint egy szuperklaszter; ezek a látszólagos struktúrák pusztán fantáziák, amelyeket el kell pusztítani, amint az Univerzum tovább terjeszkedik.

A Tejútot (piros pontot) tartalmazó Laniakea szuperklaszter a Szűz Klaszter szélén (nagy fehér gyűjtemény a Tejút közelében). A kép megtévesztő megjelenése ellenére ez nem egy igazi szerkezet, mivel a sötét energia ezeknek a csomóknak a legnagyobb részét elválasztja, és az idő múlásával széttöredezi őket. (TULLY, R. B., COURTOIS, H., HOFFMAN, Y & POMARÈDE, D. NATURE 513, 71–73 (2014))

Akkor van tehát az a világegyetem, amiben van a csillagképző történelem? Az első csillagok talán 50–100 millió év után alakulnak ki, amikor a kis léptékű molekuláris felhők elegendő anyagot halmozhatnak fel az összeomláshoz. Mire az Univerzum körülbelül 200–250 millió éves volt, az első csillagfürtök összeolvadtak, és új csillagképző hullámot váltottak ki, és a legkorábbi galaxisokat képezték. Mire az Univerzum 400–500 millió éves volt, a legnagyobb galaxisok már néhány milliárd napenergiára nőttek: a Tejút tömegének körülbelül 1% -a.

Kicsit később az első galaxishalmazok kialakulni kezdenek, a főbb összeolvadások általánosak és a kozmikus web egyre sűrűbbé válik. Az univerzum első 2-3 milliárd éve a csillagképződés csak tovább növekszik.

Csillagos óvoda a Nagy Magellán Felhőben, a Tejút műholdas galaxisában. A csillagképződésnek ez az új, közeli jele mindenütt tűnhet, de az új csillagok kialakulásának mértéke az egész Univerzumban csak néhány százalékát teszi ki annak korai csúcsánál (NASA, ESA, ÉS A KOCKÁZAT) Öröklődés csapata (STSCI / AURA) -ESA / HUBBLE EGYÜTTMŰKÖDÉS

Ez a növekedés azonban nem folytatódik ezen a ponton túl. Körülbelül 3 milliárd éves kor után a csillagképződés sebessége csökkenni kezd, majd csapadékosan és folyamatosan csökken.

Mi folyik itt?

Számos tényező, mind együttesen működve. A csillagok (főleg) hidrogénből és héliumgázból képződnek, amelyek összeomlanak és meggyújtják a magfúziót. Ez a fúzió növeli a belső nyomást, és a potenciálisan csillagképző anyag nagy részének kiszorítására szolgál. Ahogy a galaxisok összecsukódnak, hogy csoportokat és klasztereket képezzenek, a gravitációs potenciál nagyobb lesz, de az intergalaktikus közeg több anyagot is befogad benne. Ez azt jelenti, hogy mivel a galaxisok gyorsabban haladnak át a tér sűrűbb területein, ennek a potenciálisan csillagképző anyagnak a nagy része lecsupaszodik.

Az univerzum egyik leggyorsabban ismert galaxise, amely a klaszterén áthaladva (és gázát megfosztva) a fénysebesség néhány százalékával haladja meg: ezer km / s-ot. A csillagok nyomai formálódnak annak nyomán, miközben a sötét anyag tovább folytatódik az eredeti galaxisban. (NASA, ESA, JEAN-PAUL KNEIB (LABORATOIRE D'ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE) ET AL.)

Ezenkívül az ezekben a galaxisokban található anyag egyre több és kevésbé kerül feldolgozásra az idő múlásával: nehezebb és nehezebb elemekkel tele. Az UC Riverside kutatói egy új tanulmányban megállapították, hogy minél idősebb egy csillagképző galaxis, annál lassabban képez csillagokat.

Az újonnan felfedezett SpARCS-klaszterek felhasználásával az új, UCR által vezetett tanulmány rámutatott, hogy hosszabb ideig tart egy galaxis, hogy megálljon a csillagok kialakulása az univerzum öregedésével: csupán 1,1 milliárd év volt, amikor a világegyetem fiatal (4 milliárd éves), 1,3 milliárd év, amikor a világegyetem középkorú (6 milliárd éves), és 5 milliárd év a mai világegyetemben.

Más szavakkal, az új csillagok korai időben gyorsabban, ma pedig lassabban alakulnak ki. Adjon hozzá sötét energiát, amely korlátozza a további szerkezetek kialakulását, és receptje van egy nagyon csendes univerzumhoz.

A Pandora-klaszter, hivatalosan Abell 2744 néven ismert, négy független galaxisfürt kozmikus összetörése, mindegyik összeállítva az ellenállhatatlan gravitációs erő hatására. Galaxisok ezrei nyilvánvalóak lehetnek itt, de maga az Univerzum talán két trilliókat tartalmaz ezek közül. (NASA, ESA és LOTZ J., MOUNTAIN M., KOEKEMOER A. és a HFF Csapat)

Tegyük össze mindent most. Korai időszakban rengeteg tiszta (vagy annál tiszta) anyag volt, és még sok más összehasonlítható méretű galaxis egyesül. Amikor a nagy galaxisok összeolvadtak a klaszterekben, akkor akkor először klasztereket képeztek, azaz kevésbé volt a tömegcsíkolás és több csillagszórás történt, amikor a galaxisok kölcsönhatásba léptek. És bár manapság nagyobb galaxisok vannak, mint akkoriban, néhány milliárd év után még mindig jelentősek voltak, és az egyesülések sokkal gyakoribbak voltak.

Mindent elmondhatunk: a valaha elvégzett legátfogóbb tanulmányok szerint a csillagképződés aránya 97% -kal csökkent a maximális, 11 milliárd évvel ezelőtti óta.

A csillagképződés aránya tetőzött akkor, amikor az Univerzum körülbelül 2,5 milliárd éves volt, és azóta csökken. A közelmúltban a csillagok kialakulásának aránya valóban zuhan, ami megfelel a sötét energia dominancia kezdetének. (D. SOBRAL ET AL. (2013), MNRAS 428, 2, 1128–1146)

A csillagképződés aránya lassan és egyenletesen csökkent néhány milliárd évig, ami egy olyan korszaknak felel meg, amikor az Univerzum még mindig az anyag uralta volt, csak éppen több feldolgozott és öregített anyagból állt. Számban kevesebb volt az egyesülés, de ezt részben ellensúlyozta az a tény, hogy a nagyobb struktúrák egyesültek, és nagyobb régiókhoz vezettek, ahol csillagok alakultak ki.

De a 6-8 milliárd éves kor körül a sötét energia hatása megkezdte a csillagképződés sebességének ismertté válását, ami aztán csapadékosan zuhan. Ha a legnagyobb csillagképződést akarjuk látni, akkor nincs más választásunk, mint távolról nézni. Az ultra-távoli világegyetem a csillagképződés maximuma volt, nem pedig lokálisan.

A Hubble fejlett felmérési kamerája számos ultra-távoli galaxiscsoportot azonosított. Ha a sötét energia kozmológiai állandó, akkor ezek a klaszterek gravitációs megkötéssel maradnak, mint az összes galaxiscsoport és klaszter, de idővel felgyorsulnak tőlünk és egymástól, mivel a sötét energia továbbra is uralja az Univerzum terjeszkedését. Ezek az ultra-távoli klaszterek sokkal nagyobb csillag-képződési sebességet mutatnak, mint a ma megfigyelt klaszterek. (NASA, ESA, J. BLAKESLEE, M. POSTMAN és G. MILEY / STSCI)

Mindaddig, amíg az univerzumban marad gáz, és a gravitáció még mindig dolog, lehetősége nyílik új csillagok kialakítására. Ha felvesz egy felhőgázt, és hagyja, hogy összeomlik, akkor ennek az anyagnak csak körülbelül 10% -a csillagokba kanyarodik; a maradék visszakerül a csillagközi közegbe, ahol újabb esélyt kap a távoli jövőben. Noha a csillagképződés mértéke az univerzum kezdetétől kezdve zuhan, nem várható, hogy nullára esik, amíg a világegyetem több ezer alkalommal jelenlegi kora. Több milliárd éven át folytatjuk az új csillagok létrehozását.

De mindezek ellenére az új csillagok sokkal ritkábbak, mint a múltunk bármely pontján, mióta az Univerzum még gyerekcipőben volt. Meg kell tudnunk tudni, hogy a csillagképződés miként emelkedett a csúcsra, és milyen tényezők befolyásolták a csillagképződés arányát a kezdeti napokban, a James Webb Űrtávcső megjelenésével. Már tudjuk, hogy néz ki az Univerzum, és hogyan hanyatlik ma. A következő nagy lépés, amely majdnem ránk tartozik, az, hogy megtanuljuk, hogyan nőtt fel a múltunk minden lépésében.

További tudnivalók arról, hogy milyen volt az Univerzum, amikor:

  • Milyen volt, amikor az univerzum felfújódott?
  • Milyen volt, amikor először kezdődött a Nagyrobbanás?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum volt a legforróbb?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum először több anyagot hozott létre, mint az antianyag?
  • Milyen volt, amikor a Higgs tömeget adott az Univerzumnak?
  • Milyen volt, amikor először protonokat és neutronokat készítettünk?
  • Milyen volt, amikor elveszítettük az utolsó antianyagunkat?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum elkészítette első elemeit?
  • Milyen volt, amikor az univerzum először atomokat készített?
  • Milyen volt, amikor az univerzumban nem voltak csillagok?
  • Milyen volt, amikor az első csillagok világossá váltak?
  • Milyen volt, amikor meghalt az első csillag?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum elkészítette a csillagok második generációját?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum készítette az első galaxisokat?
  • Milyen volt, amikor a csillagfény először áttörött a Világegyetem semleges atomjain?
  • Milyen volt, amikor az első szupermasszív fekete lyukak kialakultak?
  • Milyen volt az, amikor az univerzumban először lehetett élet?

A Starts With A Bang mostantól a Forbes-en működik, és a Mediumon közzéteszik, a Patreon támogatóinknak köszönhetően. Ethan két könyvet írt, a Beyond The Galaxy és a Treknology: A Star Trek tudománya a Tricorders-től a Warp Drive-ig.