EPFL -forskare har slutfört den kräsna uppgiften att analysera 27 dvärggalaxer i detalj, identifiera under vilka förhållanden de bildades och hur de sedan dess har utvecklats. Dessa småskaliga galaxer är perfekta för att studera mekanismerna för ny stjärnbildning och de allra första stegen i skapandet av universum.

Dvärggalaxer avger inte mycket ljus och är därför svåra att observera, men de har mycket att lära oss om hur universum skapades. Ett team av forskare från EPFL:s laboratorium för astrofysik (LASTRO) studerade noggrant 27 sådana galaxer och fann en överraskande grad av variation i de mekanismer genom vilka deras stjärnor bildades. Resultaten av deras noggranna arbete publicerades i Astronomi och astrofysik .

"Dvärggalaxer är de minsta och förmodligen de äldsta galaxerna i universum. Enligt kosmologi som standard, större galaxer bildas genom sammanslagningen av dessa mindre, "säger Yves Revaz, en expert på galaxdynamik på LASTRO.

Även om de kan kallas "dvärgar, "de är faktiskt enorma och kan väga mellan hundratusentals och flera miljoner gånger så mycket som solen. De är också de galaxer som har den mest mörka materien. LASTRO -teamet måste därför utveckla mycket sofistikerade datormodeller för att studera dessa galaxer. ' egenskaper, storlek och temporalitet - som alla går långt bortom vår grundläggande förståelse.

Deras modeller tar hänsyn till var och en av galaxernas komponenter - gaser, stjärnor och mörk materia - liksom förhållandet mellan mörk materia och synlig materia (kallas "baryonisk materia" i astrofysik). Modellerna påverkar också de förhållanden under vilka materia bildades när universum först skapades för cirka 14 miljarder år sedan - förhållanden som nu är kända tack vare de senaste rymduppdragen som utfördes för att upptäcka signaturerna av Big Bang.

Steg för steg

För att analysera dvärggalaxerna, forskarna tog först varje modell och gick steg för steg genom galaxernas nyckelegenskaper som hur mycket gas (främst väte) de innehåller, uppvärmning och kylning av deras interstellära medier, deras komprimerings- och expansionsprocesser, de på varandra följande generationerna av deras stjärnor, stjärnornas supernovor, och den resulterande frisättningen av en rad kemikalier. Forskarna jämförde sedan resultaten av sina modeller med data som hade erhållits genom att observera dvärggalaxer - mer specifikt, de som kretsar kring vår galax, Vintergatan, och dess närliggande galax, Andromeda (M31)-med hjälp av åtta meter optiska teleskop, de största som finns just nu. Dessa dvärggalaxer utgör en del av det som kallas den lokala gruppen och är tillräckligt nära för att astrofysiker ska kunna få exakt information om åldrar och kemiska komponenter i enskilda stjärnor.

Att se till att modellernas resultat matchar empirisk data är viktigt om forskarna vill använda dem för att testa sina teorier om mörk materia, den typ av föremål som är ansvariga för universums rejonisering, och förutsättningar och tidsperioder för ny stjärnbildning.

Detta är första gången som dvärggalaxer har undersökts så detaljerat och under kosmologiska förhållanden - det vill säga inte genom att betrakta dem som isolerade system utan snarare genom att ta hänsyn till alla interaktioner mellan de allra första galaktiska systemen.

Utmärkta marsvin

"Fördelen med dvärggalaxer är att de reagerar mycket bra på även små förändringar i förhållanden, gör dem till utmärkta marsvin för att studera galaxer i allmänhet, säger Pascale Jablonka, en LASTRO-forskare specialiserad på spektroskopi och galaxers kemiska utveckling och medförfattare till studien. Till exempel, genom att analysera ljuset som stjärnor avger, hon kunde bestämma deras kemiska sammansättning och hur lång tid det tog dem att bilda.

"Våra modeller gjorde det möjligt för oss att skapa en databas med många olika typer av stjärnaktivitet och gav oss värdefull inblick i de faktorer som kan få stjärnbildning att påskynda, sakta ner eller till och med sluta helt, säger Revaz.

Baserat på data de samlade in-som inkluderar ett imponerande antal olika stjärnbildningsmekanismer med tanke på hur "små" dvärggalaxer är-fann LASTRO-teamet att den specifika mekanism som används beror på densiteten i galaxens mörka och baryoniska materia. Den tätheten avgör om en galax kommer att fortsätta att göra stjärnor eller plötsligt sluta. Om en dvärggalax materia är för spridd, då blir vätet för varmt och avdunstar, vilket betyder att den inte längre kan bilda stjärnor. Om å andra sidan en dvärggalax har en tät gloria av mörk materia som skyddar den, då fortsätter stjärnbildningen snabbt.