Ο θάνατος ενός γαλαξία δεν είναι μια ήπια διαδικασία. Τα «εργοστάσια» δημιουργίας αστέρων του, που κάποτε παρήγαγαν εκατομμύρια ήλιους, σταματούν απότομα. Δεν πρόκειται για μια αργή εξασθένιση, αλλά για μια ξαφνική, εντυπωσιακή διακοπή, ένα φαινόμενο που οι αστρονόμοι αποκαλούν «ταχεία απόσβεση».
Τέτοια φαινόμενα αποτελούν τα μυστήρια των λεγόμενων γαλαξιών μετά την αστρική έκρηξη, οι οποίοι παρουσιάζουν μερικές από τις πιο συναρπαστικές, αλλά συχνά παραγνωρισμένες, ιστορίες που ξετυλίγονται σε όλο το σύμπαν. Για τους αστρονόμους, τέτοια συστήματα είναι σαν κοσμικές σκηνές εγκλήματος. Πρόσφατα είχαν μια τεράστια έκρηξη αστρικής δημιουργίας — ένα πάρτι επικών διαστάσεων — αλλά τώρα δεν δείχνουν σχεδόν καμία γέννηση νέων άστρων. Είναι σαν να βρίσκεις μια αίθουσα χορού όπου η μουσική μόλις σταμάτησε, τα φώτα έσβησαν και όλοι έφυγαν βιαστικά. Η σκηνή μας αφήνει να αναρωτιόμαστε για την ξαφνική κενότητα. Και για την εκπληκτική ταχύτητα της εξόδου τους.
Εδώ είναι το πρόβλημα: οι γαλαξίες μετά την αστρική έκρηξη είναι αρκετά σπάνιοι. Αποτελούν λιγότερο από το 1% όλων των γαλαξιών που υπάρχουν. Αυτή η σπανιότητα τους καθιστά δύσκολους να μελετηθούν. Αρχικά, οι αστρονόμοι εξέταζαν το οπτικό φως, συγκεκριμένα τις ισχυρές γραμμές απορρόφησης από καυτά, νεαρά αστέρια τύπου Α, σε συνδυασμό με μια ξεκάθαρη έλλειψη γραμμών εκπομπής που σηματοδοτούν ενεργό αστρική δημιουργία. Αλλά αυτές οι μέθοδοι, που αναπτύχθηκαν πριν από χρόνια, μερικές φορές παρέβλεπαν μια ολόκληρη σειρά από γαλαξίες μετά από αστρική έκρηξη, πράγμα που σημαίνει ότι η εικόνα μας ήταν ατελής.
Τι συμβαίνει όταν ένας γαλαξίας πεθαίνει ξαφνικά;
Για να κατανοήσουμε πραγματικά τι συμβαίνει όταν ένας γαλαξίας σταματά ξαφνικά να σχηματίζει αστέρια, πρέπει πρώτα να γνωρίζουμε τι τροφοδοτεί τον αστρικό σχηματισμό: το αέριο. Το ψυχρό αέριο, για να είμαστε ακριβείς. Βλέπετε, τα αστέρια δεν εμφανίζονται απλά από το πουθενά· γεννιούνται από πυκνά, ψυχρά νέφη μοριακού υδρογόνου. Αν ένας γαλαξίας εξαντλήσει αυτό το μοριακό αέριο, ή αν το αέριο διαταραχθεί και δεν μπορεί να συσσωματωθεί, ο αστρικός σχηματισμός σταματά. Απλό, σωστά;
Όχι τόσο. Προηγούμενες μελέτες σχετικά με αυτούς τους συναρπαστικούς γαλαξίες που βρίσκονται σε μεταβατικό στάδιο ήταν κάπως συνονθύλευμα. Χρησιμοποίησαν ασυνεπή κριτήρια επιλογής, είχαν διαφορετικές ευαισθησίες στις παρατηρήσεις τους και συχνά εργάστηκαν με δείγματα που ήταν απλά πολύ μικρά για να μας δώσουν μια σαφή, ενοποιημένη εικόνα. Αυτό σήμαινε ότι οι επιστήμονες είχαν αντικρουόμενες ενδείξεις και καμία συνεκτική αφήγηση για το κοσμικό μας μυστήριο. Μερικοί πρότειναν ακόμη και ότι οι γαλαξίες θα μπορούσαν να είναι ακόμα γεμάτοι αέριο, αλλά για κάποιο λόγο να μην σχηματίζουν αστέρια, κάτι που θα ήταν πραγματικό γρίφο για όποιον προσπαθεί να κατανοήσει τα αστρικά νηπιαγωγεία.
Άλλοι ερευνητές, ωστόσο, έδειξαν ότι σε πολλούς από αυτούς τους φαινομενικά πλούσιους σε αέριο, ήσυχους γαλαξίες, στην πραγματικότητα γινόταν αστρογένεση, απλώς κρυμμένη πίσω από πυκνά νέφη σκόνης, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται «σκοτεινά» στις οπτικές παρατηρήσεις. Έτσι, η εικόνα ήταν, το λιγότερο, ασαφής και άφησε ένα μεγάλο κενό στην κατανόησή μας.
Νέα Μελέτη
Εδώ μπαίνει η μελέτη EMBERS I, ένα πραγματικά έξυπνο έργο αστρονομικής έρευνας. Με επικεφαλής τον Ben F. Rasmussen από το Πανεπιστήμιο της Βικτώριας και τους συναδέλφους του από ιδρύματα όπως το Space Telescope Science Institute και το Πανεπιστήμιο του St. Andrews, αυτή η ομάδα αποφάσισε ότι ήρθε η ώρα για μια ολοκληρωμένη, πολυεπίπεδη προσέγγιση του προβλήματος. Ξεκίνησαν να πραγματοποιήσουν την πρώτη ομοιόμορφη αξιολόγηση τόσο του ατομικού όσο και του μοριακού αερίου σε ένα μεγάλο, καλά επιλεγμένο δείγμα γαλαξιών μετά από αστρική έκρηξη. Είναι σαν να φέρνεις ολόκληρη την ομάδα του CSI μετά από χρόνια που βασιζόσουν σε μια μόνο, θολή φωτογραφία.
Ξεκίνησαν με έναν κατάλογο 114 υποψήφιων γαλαξιών που αντλήθηκαν από την Έρευνα Sloan Digital Sky Survey, επιλεγμένων προσεκτικά με βάση την αστρική τους μάζα και την απόστασή τους. Στη συνέχεια ήρθε το δύσκολο κομμάτι: να παρατηρούν αυτούς τους γαλαξίες για πάρα, πάρα πολύ καιρό. Για να ανιχνεύσουν το ατομικό υδρογόνο — το πιο διάχυτο, ψυχρότερο αέριο που λειτουργεί ως η αρχική, εκτεταμένη δεξαμενή για τη μελλοντική αστρογένεση — η ομάδα αξιοποίησε την τεράστια ισχύ του σφαιρικού τηλεσκοπίου Five Hundred-metre Aperture Spherical Telescope (FAST) της Κίνας. Πρόκειται για ένα τεράστιο πιάτο διαμέτρου 500 μέτρων (1.640 ποδιών), ιδανικό για τη λήψη αμυδρών σημάτων από μακριά.
Όμως, το πραγματικό καύσιμο για τη δημιουργία αστεριών είναι το μοριακό υδρογόνο, και αυτό είναι πολύ πιο δύσκολο να εντοπιστεί άμεσα. Έτσι, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν έναν αξιόπιστο ιχνηθέτη: το μονοξείδιο του άνθρακα, ή CO. Σκεφτείτε το σαν ανιχνευτή καπνού για μοριακά νέφη· όπου υπάρχει CO, πιθανότατα υπάρχει H2 έτοιμο να καταρρεύσει και να σχηματίσει αστέρια. Για να μετρήσουν αυτή την εκπομπή CO, ο Rasmussen και οι συνεργάτες του αφιέρωσαν το εκπληκτικό χρόνο των 188,9 ωρών, κατανεμημένο σε τέσσερις διαφορετικές προτάσεις παρατήρησης, χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο IRAM 30 μέτρων. Αυτό σημαίνει πολλές ξενύχτια και πρωινά ξυπνήματα κοιτάζοντας τον ουρανό. Συγκέντρωσαν 52 νέες παρατηρήσεις, συνδυάζοντάς τες με εννέα αρχειακές, για ένα συνολικό δείγμα 61 γαλαξιών.
Η μεγάλη αποκάλυψη είναι ότι, κατά μέσο όρο, οι γαλαξίες μετά την αστρική έκρηξη παρουσιάζουν πράγματι εξάντληση του μοριακού υδρογόνου σε σύγκριση με τους προγόνους τους που βρίσκονται σε ενεργό φάση αστρικής δημιουργίας. Μιλάμε για μια σημαντική μείωση — περίπου 0,3 έως 0,6 φορές λιγότερο μοριακό αέριο από αυτό που θα βρείτε σε γαλαξίες παρόμοιας αστρικής μάζας που εξακολουθούν να παράγουν αστέρια. Αυτό υποδηλώνει έντονα ότι ένας βασικός μηχανισμός για την ταχεία κατάσβεση είναι απλώς η εξάντληση του καυσίμου σχηματισμού αστέρων ενός γαλαξία.
«Με άλλα λόγια, το πάρτι τελειώνει επειδή το κοσμικό σνακ μπαρ είναι άδειο».
Αλλά εδώ είναι που η ιστορία γίνεται πραγματικά ενδιαφέρουσα και λιγότερο απλή. Αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε γαλαξίας μετά από αστρική έκρηξη είναι εντελώς άγονος. Η μελέτη διαπίστωσε μια εντυπωσιακή ποικιλομορφία στα αποθέματα ψυχρού αερίου τους. Μερικοί από αυτούς τους γαλαξίες, ακόμη και μετά τη δραματική διακοπή της αστρικής έκρηξής τους, εξακολουθούσαν να έχουν ποσοστά μοριακού αερίου που κυμαίνονταν από ένα μέτριο 2% της αστρικής τους μάζας έως και ένα εντυπωσιακό 250% στις περιπτώσεις που εντοπίστηκαν.
Έτσι, ενώ ο μέσος γαλαξίας μετά το φαινόμενο της αστρικής έκρηξης είναι πράγματι στερημένος από αέριο, οι μεμονωμένες ιστορίες είναι πολύ πιο περίπλοκες. Αυτή η ποικιλομορφία έχει τεράστιες επιπτώσεις στην κατανόηση της γαλαξιακής εξέλιξης. Σημαίνει ότι δεν υπάρχει μόνο ένας καθολικός μηχανισμός ταχείας διακοπής. Για ορισμένους γαλαξίες, η διακοπή μπορεί να είναι μη αναστρέψιμη, ένα πραγματικά μόνιμο τέλος στην αστρική δημιουργία, πιθανώς λόγω σοβαρής απώλειας αερίου. Για άλλους, ιδιαίτερα εκείνους που διατηρούν ένα σημαντικό μέρος του αερίου τους, υπάρχει μια δελεαστική πιθανότητα αναζωογόνησης — μια δεύτερη φάση, όπου ο αστρικός σχηματισμός θα μπορούσε να ξεκινήσει ξανά, αν και προσωρινά, οδηγώντας σε μια προσωρινή παύση αντί για μια τελική.
