Enligt de mest accepterade kosmologiska modellerna, de första galaxerna började bildas för mellan 13 och 14 miljarder år sedan. Under de kommande miljarderna åren, de kosmiska strukturerna som nu observerats uppstod först. Dessa inkluderar saker som galaxhopar, superkluster och filament, men också galaktiska egenskaper som klothopar, galaktiska utbuktningar, och supermassiva svarta hål (SMBH).

Dock, som levande organismer, galaxer har fortsatt att utvecklas sedan dess. Faktiskt, under loppet av deras liv, galaxer samlas och stöter ut massa hela tiden. I en nyligen genomförd studie, ett internationellt team av astronomer beräknade hastigheten för inflöde och utflöde av material för Vintergatan. Sedan gav de goda människorna på Astrobites det en bra sammanfattning och visade hur relevant det är för vår förståelse av galaktisk formation och evolution.

Studien leddes av ESA-astronomen Dr Andrew J. Fox och inkluderade medlemmar från Space Telescope Science Institutes (STScI) Milky Way Halo Research Group, ESA:s Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), och flera universitet. Baserat på tidigare studier, de undersökte hastigheten med vilken gas strömmar in och ut ur Vintergatan från omgivande höghastighetsmoln (HVC).

Eftersom tillgången på material är nyckeln till stjärnbildning i en galax, Att veta i vilken takt det läggs till och förloras är viktigt för att förstå hur galaxer utvecklas över tiden. Och som Michael Foley från Astrobites sammanfattade, Att karakterisera de hastigheter med vilka material tillförs galaxer är avgörande för att förstå detaljerna i denna "galaktiska fontän"-modell.

I enlighet med denna modell, de mest massiva stjärnorna i en galax producerar stjärnvindar som driver ut material från galaxskivan. När de går till supernova nära slutet av sin livslängd, de driver på samma sätt ut det mesta av sitt material. Detta material faller sedan tillbaka in i skivan med tiden, tillhandahåller material för att nya stjärnor kan bildas.

"Dessa processer är gemensamt kända som stjärnfeedback, och de är ansvariga för att trycka tillbaka gasen ur Vintergatan, " sa Foley. "Med andra ord, Vintergatan är inte en isolerad sjö av material; det är en reservoar som ständigt får och förlorar gas på grund av gravitation och stjärnåterkoppling."

Dessutom, färska studier har visat att stjärnbildning kan vara nära relaterad till storleken på det supermassiva svarta hålet (SMBH) i en galaxs kärna. I grund och botten, SMBHs ger ut en enorm mängd energi som kan värma gas och damm som omger kärnan, vilket hindrar den från att klumpa ihop sig effektivt och genomgå gravitationskollaps för att bilda nya stjärnor.

Som sådan, hastigheten med vilken material strömmar in och ut ur en galax är nyckeln till att bestämma hastigheten för stjärnbildning. För att beräkna hastigheten med vilken detta händer för Vintergatan, Dr. Fox och hans kollegor konsulterade data från flera källor. Dr Fox berättade för Universe Today via e-post:

"Vi bröt arkivet. NASA och ESA upprätthåller väl kurerade arkiv med all data från Hubble Space Telescope, och vi gick igenom alla observationer av bakgrundskvasarer tagna med Cosmic Origins Spectrograph (COS), en känslig spektrograf på Hubble som kan användas för att analysera det ultravioletta ljuset från avlägsna källor. Vi hittade 270 sådana kvasarer. Först, vi använde dessa observationer för att göra en katalog över snabbrörliga gasmoln kända som höghastighetsmoln (HVC). Sedan utarbetade vi en metod för att dela upp HVC i inströmmande och utströmmande populationer genom att använda Dopplerskiftet."

Dessutom, en nyligen genomförd studie visade att Vintergatan upplevde en vilande period för ungefär 7 miljarder år sedan, som varade i cirka 2 miljarder år. Detta var resultatet av chockvågor som fick interstellära gasmoln att värmas upp, vilket tillfälligt fick flödet av kall gas in i vår galax att stoppas. Över tid, gasen svalnade och började strömma in igen, utlöser en andra omgång av stjärnbildning.

Efter att ha tittat på all data, Fox och hans kollegor kunde sätta begränsningar på hastigheten för inflöde och utflöde för Vintergatan:

"Efter att ha jämfört hastigheten för inströmmande och utströmmande gas, vi hittade ett överskott av inflöde, vilket är goda nyheter för framtida stjärnbildning i vår galax, eftersom det finns gott om gas som kan omvandlas till stjärnor och planeter. Vi mätte ca 0,5 solmassor per år av inflöde och 0,16 solmassor per år av utflöde, så det finns ett nettoinflöde."

Dock, som Foley antydde, HVC tros leva i perioder på bara cirka 100 miljoner år eller så. Som ett resultat, detta nettoinflöde kan inte förväntas vara på obestämd tid. "Till sist, de ignorerar HVC som är kända för att finnas i strukturer (som Fermi Bubbles) som inte spårar den inströmmande eller utströmmande gasen, " han lägger till.

Sedan 2010, astronomer har varit medvetna om de mystiska strukturerna som dyker upp från mitten av vår galax, känd som Fermi Bubbles. Dessa bubbelliknande strukturer sträcker sig över tusentals ljusår och tros vara resultatet av SMBH:s förbrukande interstellär gas och rapar ut gammastrålar.

Dock, sålänge, resultaten ger ny insikt om hur galaxer bildas och utvecklas. Studien stärker också det nya fallet för "kallflödestillväxt, " en teori som ursprungligen föreslogs av prof. Avishai Dekel och kollegor från Hebrew University of Jerusalems Racah Institute of Physics för att förklara hur galaxer samlar upp gas från det omgivande rymden under deras bildande.

"Dessa resultat visar att galaxer som Vintergatan inte utvecklas i ett stabilt tillstånd, " Sammanfattade Dr. Fox. "Istället samlas de och tappar gas episodiskt. Det är en högkonjunkturcykel:När gas kommer in, fler stjärnor kan bildas, men om det kommer in för mycket gas, det kan utlösa ett stjärnskott så intensivt att det blåser bort all återstående gas, stänga av stjärnbildningen. Således, balansen mellan inflöde och utflöde reglerar hur mycket stjärnbildning som sker. Våra nya resultat hjälper till att belysa denna process."

En annan intressant medverkan från denna studie är det faktum att det som gäller för vår Vintergatan även gäller stjärnsystem. Till exempel, vårt solsystem är också föremål för in- och utflöde av material över tiden. Objekt som "Oumuamua och den nyare 2I/Borisov bekräftar att asteroider och kometer sparkas ut ur stjärnsystem och ösas upp av andra regelbundet.

Men hur är det med gas och damm? Går vårt solsystem och (i förlängningen) planeten jorden ner eller går upp i vikt med tiden? Och vad kan detta betyda för framtiden för vårt system och hemplanet? Till exempel, astrofysikern och författaren Brian Koberlein tog upp den senare frågan 2015 på sin hemsida. Med hjälp av den då nyligen gjorda meteorregn Gemini som exempel, han skrev:

"Faktiskt, från satellitobservationer av meteorspår, det uppskattas att omkring 100-300 ton (ton) material träffar jorden varje dag. Det blir ungefär 30, 000 till 100, 000 ton per år. Det kan tyckas mycket, men över en miljon år, det skulle bara uppgå till mindre än en miljarddels procent av jordens totala massa."

Dock, när han fortsätter med att förklara, Jorden förlorar också massa regelbundet genom ett antal processer. Dessa inkluderar radioaktivt sönderfall av material i jordskorpan, som leder till energi och subatomära partiklar (alfa, beta- och gammastrålar) som lämnar vår planet. En andra är atmosfärisk förlust, där gaser som väte och helium går förlorade till rymden. Tillsammans, dessa summerar till en förlust på cirka 110, 000 ton per år.

På ytan, detta verkar som en nettoförlust på cirka 10, 000 ton eller mer per år. Vad mer, mikrobiolog/vetenskapskommunikatör Dr. Chris Smith och Cambridge-fysiker Dave Ansell uppskattade 2012 att jorden vinner 40, 000 ton damm per år från rymden, medan den tappar 90, 000 per år genom atmosfäriska och andra processer.

Så det kan vara möjligt att jorden blir lättare med en hastighet av 10, 000 till 50, 000 ton per år. Dock, hastigheten med vilken material tillsätts är inte väl begränsad vid denna tidpunkt, så det är möjligt att vi kan komma att gå i balans (även om möjligheten att jorden ökar i massa verkar osannolik). När det gäller vårt solsystem, situationen är liknande. Å ena sidan, interstellär gas och damm strömmar in hela tiden.

Å andra sidan, vår sol – som står för 99,86 procent av solsystemets massa – avger också massa över tiden. Med hjälp av data som samlats in av NASA:s MESSENGER-sond, ett team av forskare från NASA och MIT drog slutsatsen att solen förlorar massa på grund av solvind och inre processer. Enligt Ask an Astronomer, detta sker med en hastighet av 1,3245 ​​x 10 ¹⁵ ton per år, trots att solen expanderar samtidigt.

Det är en svindlande siffra, men solen har en massa på cirka 1,9885×10 ²⁷ ton. Så det kommer inte att blinka ut när som helst snart. Men när den tappar massa, dess gravitationsinflytande på jorden och de andra planeterna kommer att minska. Dock, när vår sol når slutet av sin huvudsekvens, det kommer att expandera avsevärt och kan mycket väl svälja kvicksilver, Venus, Jorden och till och med Mars helt.

Så även om vår galax kan få massa under överskådlig framtid, det ser ut som om vår sol och själva jorden sakta tappar massa. Detta ska inte ses som dåliga nyheter, men det har konsekvenser i längden. Sålänge, det är lite uppmuntrande att veta att även de äldsta och mest massiva föremålen i universum är föremål för förändring som levande varelser.

Oavsett om vi pratar om planeter, stjärnor, eller galaxer, de är födda, de lever och de dör. Och däremellan, de kan lita på att lägga på sig eller gå ner några pund. Livets cirkel, utspelade sig på den kosmiska skalan.