Галактика со вспышкой звездообразования

Галактика, в которой наблюдается исключительно высокая скорость звездообразования

Галактики Антенны являются примером галактики со вспышкой звездообразования, возникшей в результате столкновения NGC 4038/NGC 4039. Кредит: NASA / ESA .

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

Например, скорость звездообразования в галактике Млечный Путь составляет приблизительно 3 M ☉ /год, в то время как галактики со вспышкой звездообразования могут испытывать скорость звездообразования 100 M _☉ /год и более. ^[1] В галактике со вспышкой звездообразования скорость звездообразования настолько велика, что галактика потребляет весь свой газовый резервуар, из которого формируются звезды, за время, намного меньшее возраста галактики. Таким образом, природа звездообразования галактики является фазой, и обычно занимает короткий период эволюции галактики . Большинство галактик со вспышкой звездообразования находятся в процессе слияния или тесного столкновения с другой галактикой. К галактикам со вспышкой звездообразования относятся M82 , NGC 4038/NGC 4039 (галактики Антенны) и IC 10 .

Определение

Свет и пыль в близлежащей галактике со вспышкой звездообразования ^[2]

Галактики со вспышкой звездообразования определяются тремя взаимосвязанными факторами:

1. Скорость, с которой галактика в настоящее время преобразует газ в звезды (скорость звездообразования, или SFR).
2. Доступное количество газа, из которого могут образоваться звезды.
3. Сравнение временной шкалы, в течение которой звездообразование потребляет имеющийся газ, с возрастом или периодом вращения галактики.

Обычно используемые определения включают в себя:

• Продолжение звездообразования, при котором текущий SFR исчерпал бы имеющийся газовый резервуар за время, гораздо меньшее, чем возраст Вселенной (время Хаббла).
• Продолжение звездообразования, при котором текущий SFR исчерпал бы имеющийся газовый резервуар за гораздо меньшее время, чем динамическая шкала времени галактики (возможно, один период вращения в галактике дискового типа).
• Текущий SFR, нормализованный по прошлому усредненному SFR, намного больше единицы. Это отношение называется «параметром рождаемости».

Механизмы срабатывания

Слияния и приливные взаимодействия между богатыми газом галактиками играют большую роль в управлении вспышками звезд. Галактики в разгаре вспышки звезд часто демонстрируют приливные хвосты , что является признаком близкого столкновения с другой галактикой, или находятся в разгаре слияния. Турбулентность, наряду с изменениями времени и пространства, заставляет плотный газ внутри галактики сжиматься и быстро увеличивать звездообразование. Эффективность, с которой формируется галактика, также увеличивает ее SFR. Эти изменения в скорости звездообразования также привели к изменениям со временем истощения и питают вспышку звездообразования собственными галактическими механизмами, а не слиянием с другой галактикой. ^[3] Взаимодействия между галактиками, которые не сливаются, могут вызывать нестабильные режимы вращения, такие как нестабильность перемычки, которая заставляет газ направляться к ядру и зажигать вспышки звездообразования вблизи ядра галактики. Было показано, что существует сильная корреляция между асимметричностью галактики и молодостью ее звездного населения, причем более асимметричные галактики имеют более молодое центральное звездное население. ^[4] Поскольку асимметричность может быть вызвана приливными взаимодействиями и слияниями между галактиками, этот результат дает дополнительные доказательства того, что слияния и приливные взаимодействия могут вызывать центральное звездообразование в галактике и приводить к вспышке звездообразования.

Типы

Художественное представление галактики, переживающей вспышку звездообразования. ^[5]

Классификация типов галактик со вспышкой звездообразования затруднена, поскольку галактики со вспышкой звездообразования сами по себе не представляют собой определенный тип. Вспышки звездообразования могут происходить в дисковых галактиках , а нерегулярные галактики часто демонстрируют узлы звездообразования, разбросанные по всей нерегулярной галактике. Тем не менее, астрономы обычно классифицируют галактики со вспышкой звездообразования на основе их наиболее отчетливых наблюдаемых характеристик. Некоторые из категоризаций включают:

• Голубые компактные галактики (BCG). Эти галактики часто являются объектами с малой массой, низкой металличностью и без пыли. Поскольку они не содержат пыли и содержат большое количество горячих молодых звезд, они часто имеют голубой цвет в оптических и ультрафиолетовых цветах. Первоначально считалось, что BCG были действительно молодыми галактиками в процессе формирования своего первого поколения звезд, что объясняло их низкое содержание металлов. Однако в большинстве BCG были обнаружены старые звездные популяции , и считается, что эффективное смешивание может объяснить кажущееся отсутствие пыли и металлов. Большинство BCG демонстрируют признаки недавних слияний и/или тесных взаимодействий. Хорошо изученные BCG включают IZw18 (самая бедная металлами известная галактика), ESO338-IG04 и Haro11.
  • Голубые компактные карликовые галактики (галактики BCD) — это небольшие компактные галактики.
  • Галактики Green Pea (GP) — это небольшие компактные галактики, напоминающие первичные вспышки звездообразования. Они были обнаружены гражданскими учеными, участвующими в проекте Galaxy Zoo .
• Яркие инфракрасные галактики (LIRG).
  • Ультраяркие инфракрасные галактики (ULIRG). Эти галактики, как правило, являются чрезвычайно пыльными объектами. Ультрафиолетовое излучение, производимое скрытым звездообразованием, поглощается пылью и переизлучается в инфракрасном спектре на длинах волн около 100 микрометров. Это объясняет экстремально красные цвета, связанные с ULIRG. Точно неизвестно, производится ли ультрафиолетовое излучение исключительно звездообразованием, и некоторые астрономы полагают, что ULIRG питаются (по крайней мере частично) активными ядрами галактик (AGN). Рентгеновские наблюдения многих ULIRG, которые проникают сквозь пыль, предполагают, что многие галактики со вспышкой звездообразования являются двухъядерными системами, что подтверждает гипотезу о том, что ULIRG питаются звездообразованием, вызванным крупными слияниями. Хорошо изученные ULIRG включают Arp 220 .
  • Гиперяркие инфракрасные галактики (HLIRG), иногда называемые субмиллиметровыми галактиками.

SBS 1415+437 — галактика WR, расположенная примерно в 45 миллионах световых лет от Земли. ^[6]

• Галактики Вольфа–Райе (галактики WR), галактики, в которых большая часть ярких звезд являются звездами Вольфа–Райе . Фаза Вольфа–Райе является относительно короткоживущей фазой в жизни массивных звезд, обычно 10% от общего времени жизни этих звезд ^[7], и, как таковая, любая галактика, вероятно, содержит несколько из них. Однако, поскольку звезды являются как яркими, так и имеют отличительные спектральные особенности, можно идентифицировать эти звезды в спектрах целых галактик, и это позволяет наложить хорошие ограничения на свойства вспышек звездообразования в этих галактиках.

Ингредиенты

Мессье 82 — прототип близлежащей галактики со вспышкой звездообразования, расположенной на расстоянии около 12 миллионов световых лет от нас в созвездии Большой Медведицы .

Во-первых, галактика со вспышкой звездообразования должна иметь большой запас газа, доступный для формирования звезд. Сама вспышка может быть вызвана близким сближением с другой галактикой (например, M81/M82), столкновением с другой галактикой (например, Antennae) или другим процессом, который выталкивает материал в центр галактики (например, звездный бар).

Внутри вспышки звездообразования находится 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 ассоциации OB . Эти звезды горят ярко и быстро, и вполне вероятно, что они взорвутся в конце своей жизни как сверхновые .

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

Изучение близлежащих галактик со вспышкой звездообразования может помочь нам определить историю формирования и эволюции галактик. Известно, что большое количество самых далеких галактик, наблюдаемых, например, в Hubble Deep Field, являются вспышками звездообразования, но они слишком далеки, чтобы изучать их подробно. Наблюдение за близлежащими примерами и изучение их характеристик может дать нам представление о том, что происходило в ранней Вселенной, поскольку свет, который мы видим от этих далеких галактик, покидал их, когда Вселенная была намного моложе (см. красное смещение ). Однако галактики со вспышкой звездообразования, по-видимому, довольно редки в нашей локальной Вселенной и более распространены дальше, что указывает на то, что миллиарды лет назад их было больше. Все галактики тогда были ближе друг к другу и, следовательно, с большей вероятностью подвергались влиянию гравитации друг друга. Более частые встречи приводили к большему количеству вспышек звездообразования по мере того, как формы галактик эволюционировали с расширяющейся Вселенной.

Примеры

Художественное представление газа, питающего далекие галактики со вспышкой звездообразования. ^[8]

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

Список галактик со вспышкой звездообразования

Галерея

• 
  В NGC 3125 происходит необычно большое количество образования новых звезд. ^[15]
• 
  Галактика со вспышкой звездообразования MCG+07-33-027. ^[16]
• 
  J125013.50+073441.5, полученный Хабблом в рамках исследования под названием LARS (референтный образец Lyman Alpha) ^[17]
• 
  Активность звездообразования в центральной области близлежащей карликовой галактики NGC 1569 (Arp 210). Снято космическим телескопом Хаббл .
• 
  Если смотреть с нашего местоположения на расстоянии 12,2 миллиарда световых лет , можно увидеть, что галактика Бэби-Бум создает 4000 звезд в год. Кредит: NASA .
• 
  В настоящее время в галактике NGC 4449 наблюдается глобальная вспышка звездообразования, при этом активность звездообразования распространена по всей галактике.
• 
  Взрывное звездообразование в сливающейся в настоящее время галактике HXMM01 в 11 миллиардах световых лет от нас. Снято NASA .
• 
  Изображение галактики Центавр А, полученное путем объединения снимков с телескопа MPG/ESO и рентгеновской обсерватории Чандра . Это единственный известный случай галактики « Эллиптическое звездообразование».

Смотрите также

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

Примечания

1. Шнайдер, П. (Питер) (2010). Внегалактическая астрономия и космология: введение . Берлин: Springer. ISBN 978-3642069710. OCLC  693782570.
2. "Свет и пыль в близлежащей галактике со вспышкой звездообразования". ESA/Hubble . Получено 4 апреля 2013 г.
3. 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.
4. Reichard, TA; Heckman, TM (январь 2009 г.). «Неравномерность современных галактик: связь с образованием звезд, химической эволюцией галактик и ростом черных дыр». The Astrophysical Journal . 691 (2): 1005–1020. arXiv : 0809.3310 . Bibcode :2009ApJ...691.1005R. doi :10.1088/0004-637X/691/2/1005. S2CID  16680136.
5. "Целые галактики чувствуют тепло от новорожденных звезд". Пресс-релиз ESA/Hubble . Получено 30 апреля 2013 г.
6. "Интенсивный и кратковременный" . Получено 29 июня 2015 г.
7. Crowther, Paul A. (1 сентября 2007 г.). «Физические свойства звезд Вольфа-Райе». Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 45 (1): 177–219. arXiv : astro-ph/0610356 . Bibcode : 2007ARA&A..45..177C. doi : 10.1146/annurev.astro.45.051806.110615. S2CID  1076292 – через NASA ADS.
8. "ALMA находит огромные скрытые резервуары турбулентного газа в далеких галактиках – Первое обнаружение молекул CH+ в далеких галактиках со вспышкой звездообразования дает представление об истории звездообразования во Вселенной". www.eso.org . Получено 31 августа 2017 г.
9. Вырезка из книги harvard.edu
10. "Hubble Reveals Stellar Fireworks Accompanying Galaxy Collisions". HubbleSite . 21 октября 1997 г. Архивировано из оригинала 18 ноября 2003 г.
11. 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.
12. 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 .
13. «Хаббл обнаружил звездный фейерверк в галактике «Скайрокет». 28 июня 2016 г.
14. «Посмотрите, что увидел космический телескоп @NASAHubble в мой день рождения! #Hubble30».
15. "Галактика, готовая взорваться". www.spacetelescope.org . ESA/Hubble . Получено 18 июля 2016 г. .
16. "A lonely birthplace" . Получено 15 июля 2016 .
17. "Вихрь звездообразования". ESA/Hubble Picture of the Week . Получено 22 мая 2013 г.

Ссылки

• "Chandra :: Полевое руководство по источникам рентгеновского излучения :: Галактики со вспышкой звездообразования". chandra.harvard.edu . Получено 29.12.2007 .
• Kennicutt, RC; Evans, NJ (2012). «Звездообразование в Млечном Пути и близлежащих галактиках». Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 50 : 531–608. arXiv : 1204.3552 . Bibcode : 2012ARA&A..50..531K. doi : 10.1146/annurev-astro-081811-125610. S2CID  118667387.
• Видман, Д.У.; Фельдман, Ф.Р.; Бальзано, В.А.; Рэмси, Л.У.; Срамек, Р.А.; Вуу, К.-К. (1981). "NGC 7714 – прототип ядра галактики со вспышкой звездообразования". The Astrophysical Journal . 248 : 105. Bibcode : 1981ApJ...248..105W. doi : 10.1086/159133.