Звездообразная галактика

Галактика со звездообразованием — это галактика, в которой наблюдается исключительно высокая скорость звездообразования по сравнению со средней долгосрочной скоростью звездообразования в галактике или скоростью звездообразования, наблюдаемой в большинстве других галактик.

Например, скорость звездообразования в галактике Млечный Путь составляет примерно 3 M ☉ / год, в то время как в галактиках со вспышками звезд скорость звездообразования может достигать 100 M _☉ / год или более. ^[1] В галактике со вспышкой звезд скорость звездообразования настолько велика, что галактика потребляет весь свой газовый резервуар, из которого формируются звезды, за период времени, намного меньший, чем возраст галактики. Таким образом, звездообразование в галактике представляет собой фазу, которая обычно занимает короткий период эволюции галактики . Большинство галактик со звездообразованием находятся в процессе слияния или близкого столкновения с другой галактикой. К звездообразным галактикам относятся M82 , NGC 4038/NGC 4039 (галактики-антенны) и IC 10 .

Определение

Звездообразования галактик определяются этими тремя взаимосвязанными факторами:

Скорость, с которой галактика в настоящее время превращает газ в звезды (скорость звездообразования, или SFR).
Доступное количество газа, из которого могут образоваться звезды.
Сравнение временных масштабов, в которых звездообразование потребляет доступный газ, с возрастом или периодом вращения галактики.

Обычно используемые определения включают в себя:

Продолжающееся звездообразование, при котором нынешнее SFR истощит доступный резервуар газа за гораздо меньшее время, чем возраст Вселенной (время Хаббла).
Продолжающееся звездообразование, при котором нынешнее SFR истощит доступный резервуар газа за гораздо меньшее время, чем динамический временной масштаб галактики (возможно, один период вращения в галактике дискового типа).
Текущий SFR, нормированный по усредненному за прошлый период SFR, намного превышает единицу. Это соотношение называется «параметром рождаемости».

Пусковые механизмы

Слияния и приливные взаимодействия между богатыми газом галактиками играют большую роль в возникновении звездных вспышек. Галактики в разгар вспышки часто демонстрируют приливные хвосты , что указывает на близкое столкновение с другой галактикой или находятся в процессе слияния. Турбулентность, а также изменения во времени и пространстве заставляют плотный газ внутри галактики сжиматься и быстро ускорять звездообразование. Эффективность формирования галактики также увеличивает ее SFR. Эти изменения в скорости звездообразования также привели к изменениям во времени истощения и привели к вспышке звезд с помощью собственных галактических механизмов, а не слияния с другой галактикой. ^[3] Взаимодействия между галактиками, которые не сливаются, могут вызвать нестабильные режимы вращения, такие как нестабильность перемычки, которая приводит к тому, что газ направляется к ядру и вызывает вспышки звездообразования вблизи ядра галактики. Было показано, что существует сильная корреляция между однобокой галактикой и молодостью ее звездного населения: более однобокие галактики имеют более молодое центральное звездное население. ^[4] Поскольку однобокость может быть вызвана приливными взаимодействиями и слияниями галактик, этот результат дает дополнительные доказательства того, что слияния и приливные взаимодействия могут вызвать центральное звездообразование в галактике и вызвать звездообразование.

Типы

Классифицировать типы галактик со звездообразованием сложно, поскольку галактики со звездообразованием сами по себе не представляют собой определенный тип. Звездообразования могут возникать в дисковых галактиках , а в неправильных галактиках часто наблюдаются узлы звездообразования, разбросанные по всей неправильной галактике. Тем не менее, астрономы обычно классифицируют галактики со звездообразованием на основе их наиболее отличительных наблюдательных характеристик. Некоторые из категорий включают в себя:

Голубые компактные галактики (БЦГ). Эти галактики часто представляют собой объекты с малой массой, низкой металличностью и отсутствием пыли. Поскольку они не содержат пыли и содержат большое количество горячих молодых звезд, они часто имеют синий цвет в оптических и ультрафиолетовых лучах. Первоначально считалось, что БЦГ — это действительно молодые галактики, находящиеся в процессе формирования первого поколения звезд, что объясняет их низкое содержание металлов. Однако в большинстве БЦЖ было обнаружено старое звездное население , и считается, что эффективное перемешивание может объяснить кажущееся отсутствие пыли и металлов. Большинство BCG демонстрируют признаки недавних слияний и/или тесного взаимодействия. К хорошо изученным BCG относятся IZw18 (наиболее бедная металлами известная галактика), ESO338-IG04 и Haro11.
- Голубые компактные карликовые галактики (BCD-галактики) — небольшие компактные галактики.
- Галактики Зелёного Горошка (GP) — небольшие компактные галактики, напоминающие первичные звёздные вспышки. Их нашли гражданские ученые, принимавшие участие в проекте Galaxy Zoo .
Светящиеся инфракрасные галактики (ЛИРГ).
- Сверхяркие инфракрасные галактики (ULIRG). Эти галактики, как правило, представляют собой чрезвычайно пыльные объекты. Ультрафиолетовое излучение, производимое скрытыми звездообразованием, поглощается пылью и переизлучается в инфракрасном спектре на длинах волн около 100 микрометров. Это объясняет крайние красные цвета, связанные с ULIRG. Точно неизвестно, возникает ли УФ-излучение исключительно в результате звездообразования, и некоторые астрономы полагают, что ULIRG питаются (по крайней мере частично) от активных галактических ядер (АЯГ). Рентгеновские наблюдения за многими ULIRG, проникающими сквозь пыль, позволяют предположить, что многие галактики со звездообразованием представляют собой двухъядерные системы, что подтверждает гипотезу о том, что ULIRG питаются за счет звездообразования, вызванного крупными слияниями. К хорошо изученным ULIRG относятся Arp 220 .
- Сверхсветящиеся инфракрасные галактики (HLIRG), иногда называемые субмиллиметровыми галактиками.

Галактики Вольфа-Райе (галактики WR), галактики, в которых большая часть ярких звезд являются звездами Вольфа-Райе . Фаза Вольфа-Райе — относительно недолговечная фаза в жизни массивных звезд, обычно составляющая 10% от общего времени жизни этих звезд ^[7], и поэтому любая галактика, вероятно, будет содержать небольшое количество таких звезд. Однако, поскольку звезды светятся и имеют отличительные спектральные особенности, можно идентифицировать эти звезды в спектрах целых галактик, и это позволяет наложить хорошие ограничения на свойства звездных вспышек в этих галактиках.

Ингредиенты

Во-первых, галактика со звездообразованием должна иметь большой запас газа, доступного для образования звезд. Сам взрыв может быть вызван близким столкновением с другой галактикой (например, M81/M82), столкновением с другой галактикой (например, Антеннами) или другим процессом, который выталкивает вещество в центр галактики (например, звездный бар).

Внутри звездообразования довольно экстремальная среда. Большое количество газа означает, что образуются массивные звезды. Молодые горячие звезды ионизируют газ (в основном водород ) вокруг себя, создавая области H II . Группы горячих звезд известны как OB-ассоциации . Эти звезды горят ярко и быстро и вполне вероятно взорвутся в конце своей жизни как сверхновые .

После взрыва сверхновой выброшенный материал расширяется и становится остатком сверхновой . Эти остатки взаимодействуют с окружающей средой внутри звездообразования ( межзвездной средой ) и могут быть местом возникновения естественных мазеров .

Изучение близлежащих галактик со звездообразованием может помочь нам определить историю формирования и эволюции галактик. Известно, что большое количество самых далеких галактик, наблюдаемых, например, в глубоком поле Хаббла, представляют собой звездные вспышки, но они слишком далеки, чтобы их можно было изучить сколько-нибудь подробно. Наблюдение за близлежащими примерами и изучение их характеристик может дать нам представление о том, что происходило в ранней Вселенной, когда свет, который мы видим от этих далеких галактик, покинул их, когда Вселенная была намного моложе (см. Красное смещение ). Однако галактики со вспышками звезд, похоже, довольно редки в нашей локальной Вселенной и чаще встречаются дальше, что указывает на то, что миллиарды лет назад их было больше. Тогда все галактики были ближе друг к другу и, следовательно, с большей вероятностью находились под влиянием гравитации друг друга. Более частые столкновения приводили к большему количеству звездных вспышек, поскольку галактические формы развивались вместе с расширяющейся Вселенной.

Примеры

M82 — архетипическая галактика со вспышкой звезд. Ее высокий уровень звездообразования обусловлен близким сближением с близлежащей спиралью M81. Карты регионов, сделанные с помощью радиотелескопов, показывают большие потоки нейтрального водорода, соединяющие две галактики, также в результате столкновения. ^[9] Радиоизображения центральных областей M82 также показывают большое количество остатков молодых сверхновых, оставшихся после того, как более массивные звезды, образовавшиеся в результате звездообразования, подошли к концу своей жизни. Антенны — еще одна система звездообразования, подробно описанная на снимке Хаббла, опубликованном в 1997 году. ^[10]

Список звездообразных галактик

Галерея

В NGC 3125 происходит необычно большое количество новых звезд. ^[15]
Звездообразная галактика MCG+07-33-027. ^[16]
J125013.50+073441.5, полученный Хабблом в рамках исследования под названием LARS (Lyman Alpha Reference Sample) ^[17]
Звездообразования в центральной области соседней карликовой галактики NGC 1569 (Arp 210). Снято космическим телескопом Хаббл .
Если смотреть с нашей позиции, находящейся на расстоянии 12,2 миллиардов световых лет , в галактике Бэби-бум создается 4000 звезд в год. Кредит: НАСА .
Галактика NGC 4449 в настоящее время представляет собой глобальную вспышку звездообразования, при этом активность звездообразования широко распространена по всей галактике.
Взрывное звездообразование в сливающейся галактике HXMM01 на расстоянии 11 миллиардов световых лет от нас. Снято НАСА .
Изображение галактики Центавр А, полученное путем объединения изображений телескопа MPG/ESO и рентгеновской обсерватории Чандра . Это единственный известный случай галактики « эллиптической звездообразования».

Смотрите также

Активная галактика - компактная область в центре галактики с аномально высокой светимостью.

Примечания

^ Шнайдер, П. (Питер) (2010). Внегалактическая астрономия и космология: введение . Берлин: Шпрингер. ISBN 978-3642069710. ОСЛК 693782570.
^ «Свет и пыль в соседней галактике со звездообразованием». ЕКА/Хаббл . Проверено 4 апреля 2013 г.
^ Рено, Ф.; Бурно, Ф.; Агерц, О.; Кралич, К.; Шиннерер, Э.; Болатто, А.; Дадди, Э.; Хьюз, А. (май 2019 г.). «Разнообразие механизмов запуска звездообразования во взаимодействующих галактиках и их признаки в выбросе CO». Астрономия и астрофизика . 625 : А65. arXiv : 1902.02353 . Бибкод : 2019A&A...625A..65R. дои : 10.1051/0004-6361/201935222. ISSN 0004-6361.
^ Райхард, Т.А.; Хекман, ТМ (январь 2009 г.). «Неоднобокость современных галактик: связь с образованием звезд, химической эволюцией галактик и ростом черных дыр». Астрофизический журнал . 691 (2): 1005–1020. arXiv : 0809.3310 . Бибкод : 2009ApJ...691.1005R. дои : 10.1088/0004-637X/691/2/1005. S2CID 16680136.
^ «Целые галактики ощущают тепло новорожденных звезд» . Пресс-релиз ЕКА/Хаббла . Проверено 30 апреля 2013 г.
^ «Интенсивный и недолговечный» . Проверено 29 июня 2015 г.
↑ Кроутер, Пол А. (1 сентября 2007 г.). «Физические свойства звезд Вольфа-Райе». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 45 (1): 177–219. arXiv : astro-ph/0610356 . Бибкод : 2007ARA&A..45..177C. doi :10.1146/annurev.astro.45.051806.110615. S2CID 1076292 – через НАСА ADS.
^ «ALMA находит огромные скрытые резервуары турбулентного газа в далеких галактиках - первое обнаружение молекул CH + в далеких галактиках со звездообразованием дает представление об истории звездообразования во Вселенной» . www.eso.org . Проверено 31 августа 2017 г.
^ Вырезка из книги harvard.edu
^ «Хаббл обнаруживает звездные фейерверки, сопровождающие столкновения галактик» . Сайт Хаббла . 21 октября 1997 г. Архивировано из оригинала 18 ноября 2003 г.
^ Сакамото, Казуши; Хо, Пол Т.П.; Ионо, Дайсуке; Кето, Эрик Р.; Мао, Жуй-Цин; Мацусита, Сатоки; Пек, Элисон Б.; Виднер, Мартина К.; Вилнер, Дэвид Дж.; Чжао, Цзюнь-Хуэй (10 января 2006 г.). «Молекулярные суперпузыри в звездообразной галактике NGC 253». Астрофизический журнал . 636 (2): 685–697. arXiv : astro-ph/0509430 . Бибкод : 2006ApJ...636..685S. дои : 10.1086/498075. S2CID 14273657.
^ Лусеро, DM; Кариньян, К.; Элсон, ЕС; Рандриамампандри, TH; Джарретт, TH; Остерлоо, штат Техас; Хилд, GH (1 декабря 2015 г.). «HI-наблюдения ближайшей звездообразной галактики NGC 253 с предшественником SKA KAT-7». МНРАС . 450 (4): 3935–3951. arXiv : 1504.04082 . дои : 10.1093/mnras/stv856.
^ «Хаббл показывает звездный фейерверк в галактике« Взлетающая ракета »» . 28 июня 2016 г.
^ «Посмотрите, что смотрел космический телескоп @NASAHubble в мой день рождения! #Hubble30» .
^ «Галактика, способная взорваться» . www.spacetelescope.org . ЕКА/Хаббл . Проверено 18 июля 2016 г.
^ "Одинокое место рождения" . Проверено 15 июля 2016 г.
^ «Вихрь звездообразования». Фотография недели ЕКА/Хаббла . Проверено 22 мая 2013 г.