De mest massiva galaxerna i vårt grannskap bildade sina stjärnor för miljarder år sedan, tidigt i universums historia. För närvarande, de producerar väldigt få nya stjärnor. Astronomer har länge trott att det beror på att de innehåller väldigt lite gas – en nyckelingrediens som krävs för att producera stjärnor. Men vår nya studie, publicerad i Nature Astronomy, utmanar nu denna långvariga uppfattning.

Genom att sondera de extrema miljöerna i avlägsna massiva galaxer, vi kan inte bara lära oss om deras utveckling och universums historia, men viktigast av allt om de grundläggande processerna som reglerar bildandet av stjärnor. Med tanke på att stjärnor producerar de flesta av de olika typerna av atomer i våra kroppar och världen omkring oss, att förstå hur de bildades är avgörande om vi ska veta var vi kom ifrån.

Galaxer finns i två huvudtyper:skiva och elliptiska. Skivgalaxer, inklusive Vintergatan, är platta och innehåller stora reservoarer av gas som de använder för att kontinuerligt bilda stjärnor. Elliptiska galaxer är massiva, runda och slutade bilda stjärnor för länge sedan. De flesta teorier antar att elliptiska galaxer vid något tillfälle förlorade sina gasreservoarer, vilket gjorde att takten för stjärnbildningen sjönk.

Ljus på avstånd

Vårt team undersökte om det finns andra sätt på vilka avlägsna, elliptiska galaxer kunde ha förlorat sin förmåga att bilda stjärnor. Avstånd till galaxer mäts av hur ljusa dess stjärnor är, i ljusår (definierat som hur lång tid det tar för ljuset att nå oss på ett år). Eftersom det tar så lång tid för ljuset från dessa avlägsna galaxer att nå oss, vi kan räkna ut att de ser ut för oss som de var för 10 miljarder år sedan.

Helst skulle vi vilja direkt observera gasen i dessa galaxer, men detta är extremt utmanande och skulle kräva flera timmars observationer per galax – och vi måste titta på tusentals galaxer. Istället, vi valde att studera damm. Damm (kallt snarare än varmt) representerar bara 1 % av den interstellära materien i en galax, men den finns varhelst kall gas finns. En galax som innehåller mycket damm innehåller därför också mycket gas.

Vi använde data från Cosmological Evolution Survey (COSMOS), som täcker en stor del av himlen som observeras av de flesta stora teleskop, på jorden och i rymden. Vi använde bilder från infraröd till radiovåglängder av ljus, vilket gör att vi kan mäta både takten för stjärnbildning och den kalla stoftmassan i galaxer.

Eftersom galaxerna vi är intresserade av är så långt borta, det är omöjligt att upptäcka varje galax individuellt i befintliga infraröda eller radiodata. Istället, vi kombinerade ljuset från 1, 000 galaxer och bestämde hur mycket gas de innehåller i genomsnitt och hur snabbt de bildar stjärnor.

Som ett resultat, vi gjorde en spännande upptäckt. Trots låga stjärnbildningshastigheter, de elliptiska galaxerna innehåller förvånansvärt stora mängder gas:100 gånger mer än förväntat. Detta är överraskande på två sätt. Det utmanar vår standardsyn på elliptiska galaxer som "tråkiga" gasfattiga objekt. Men det tvingar oss också att tänka om grundsynen på stjärnbildningsprocesser – vi har alltid antagit att närvaron av kall gas måste leda till stjärnbildning. Här, vi finner att elliptiska galaxer bildar stjärnor mycket mindre effektivt än skivgalaxer vid samma epok.

Så varför är det så? För nio år sedan, Jag förutspådde denna möjlighet från numeriska simuleringar som jag hade kört som doktorand. studerande. Jag hittade det i skivgalaxer, stjärnornas gravitationskraft hjälper gasen att kollapsa och bilda nya stjärnor. I kontrast, gasen i elliptiska galaxer känner ett svagare drag från stjärnorna och kollapsar inte så lätt. Det är fascinerande att den globala morfologin hos en galax kan styra vad som händer i de minsta skalorna.

Nästa steg i vår forskning kommer att använda nya simuleringar och förhoppningsvis direkta observationer av själva den kalla gasen med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ett observatorium i Chile, att förbättra vår förståelse av det komplexa samspelet mellan stjärnbildning och galaxmorfologi. Detta kommer att belysa universella processer som i slutändan sker i varje galax, inklusive vår alldeles egna Vintergatan.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.