Galaxkluster är sällsynta områden i universum som består av hundratals galaxer som innehåller biljoner stjärnor, samt varm gas och mörk materia.

Det har länge varit känt att när en galax faller i ett kluster, stjärnbildning stängs ganska snabbt av i en process som kallas "släckning". Vad som faktiskt får stjärnorna att släcka, dock, är ett mysterium, trots att flera rimliga förklaringar har föreslagits av astronomer.

En ny internationell studie ledd av astronomen Ryan Foltz, en tidigare doktorand vid University of California, Riverside, har gjort den bästa mätningen hittills av släckningstiden, mäta hur det varierar över 70 procent av universums historia. Studien har också avslöjat processen som sannolikt är ansvarig för att stänga av stjärnbildning i kluster.

Varje galax som kommer in i ett kluster är känd för att ta med sig lite kall gas som ännu inte har bildat stjärnor. En möjlig förklaring tyder på att innan den kalla gasen kan förvandlas till stjärnor, den "avlägsnas" från galaxen av den heta, tät gas redan i klustret, orsakar att stjärnbildning upphör.

En annan möjlighet är att galaxer istället ”stryps, "vilket innebär att de slutar bilda stjärnor eftersom deras reservoarer slutar fyllas med ytterligare kall gas när de faller inuti klustret. Detta förutspås vara en långsammare process än att ta bort.

En tredje möjlighet är att energi från själva stjärnbildningen driver mycket av det kalla gasbränslet bort från galaxen och hindrar den från att bilda nya stjärnor. Detta "utflöde" -scenario förutspås inträffa på en snabbare tidsskala än avlägsnande, eftersom gasen förloras för alltid till galaxen och inte är tillgänglig för att bilda nya stjärnor.

Eftersom dessa tre olika fysiska processer förutsäger galaxer att släcka på olika relativa tidsskalor under universums historia, astronomer har antagit att om de kunde jämföra antalet släckta galaxer som observerats under en lång tidsbaslinje, den dominerande processen som fick stjärnor att släcka skulle lättare bli uppenbar.

Dock, tills nyligen, det var mycket svårt att hitta avlägsna kluster, och ännu svårare att mäta egenskaperna hos deras galaxer. Den internationella Spitzer-anpassningen av röda sekvensklusterundersökningen, eller SpARCS, undersökningen har nu gjort en mätning av mer än 70 procent av universums historia, åstadkommits genom banbrytande nya klustretekteringstekniker, vilket möjliggjorde upptäckten av hundratals nya kluster i det avlägsna universum.

Med några av sina egna nyupptäckta SpARCS -kluster, den nya UCR-ledda studien upptäckte att det tar en galax längre att sluta bilda stjärnor när universum blir äldre:bara 1,1 miljarder år när universum var ungt (4 miljarder år gammalt), 1,3 miljarder år när universum är medelålders (6 miljarder år gammalt), och 5 miljarder år i dagens universum.

"Att jämföra observationer av den släckande tidsskalan i galaxer i kluster i det avlägsna universum med dem i det närliggande universum avslöjade att en dynamisk process som gasavdrivning är bättre anpassad till förutsägelserna än strypning eller utflöden, Sa Foltz.

För att göra denna toppmoderna mätning, SpARCS -teamet krävde 10 nätter av observationer med W. M. Keck Observatory teleskop (10 meter i diameter) på Hawaii, och 25 nätter med observationer med tvillingarna Gemini -teleskop (8 meter i diameter) på Hawaii och Chile.

"Tack vare de fenomenala investeringarna i vårt arbete från dessa observatorier, vi tror nu att vi har en bra uppfattning om hur stjärnbildning slutar i de mest massiva galaxerna i kluster, "sa Gillian Wilson, professor i fysik och astronomi vid UCR och ledare för SpARCS -undersökningen, i vars laboratorium Foltz arbetade när studien gjordes. "Det finns goda skäl, dock, att tro att galaxer med lägre massa kan släcka genom en annan process. Det är en av de frågor vårt team arbetar med att besvara härnäst. "

Teamet har tilldelats ytterligare 50 nätter Gemini-tid och ett bidrag på 1,2 miljoner dollar från National Science Foundation för att studera hur stjärnbildning slutar i mer galaxer med vanlig massa. Wilson fick också Hubble-rymdteleskopobservationer och ett NASA-bidrag för att analysera högupplösta bilder av de släckande galaxerna.

Forskningspapperet publiceras i Astrofysisk tidskrift .