Masa galaktyk zwiększała się dzięki zderzeniom

Galaktyki, będące skupiskami gwiazd, gazu, pyłu i ciemnej materii, różnią się między sobą rozmiarami i masą. Najmniejsze zawierają po kilka milionów gwiazd, podczas gdy największe mogą mieć ich nawet setki miliardów.

Wiadomo, że pierwsze gwiazdy uformowały się mniej więcej 200 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Pierwsze galaktyki skupiające gwiazdy były raczej małe, ale z zawartego w nich gazu rodziły się kolejne gwiazdy. Zgodnie z teoriami, galaktyki zderzały się ze sobą, łącząc się w większe obiekty, aż do powstania największych obserwowanych obecnie galaktyk.

W tym kontekście zaskakujące może być istnienie olbrzymich galaktyk już we wczesnym Wszechświecie, czyli ok. 3 miliardy lat po Wielkim Wybuchu.

Niejasne jest również, że w połowie tych wczesnych wielkich galaktyk skupienie gwiazd występuje we względnie niewielkiej przestrzeni – rozmiar galaktyk jest trzykrotnie mniejszy niż współczesnych obiektów o podobnej masie. Co więcej, zwarte galaktyki z omawianego okresu historii Wszechświata są „martwe” – nie formują już nowych gwiazd.

Aby zbadać problem galaktyk z okresu 3 miliardów lat po Wielkim Wybuchu, naukowcy przyjrzeli się galaktykom istniejącym w okresie, gdy Wszechświat miał od 1 do 2 miliardów lat. Ich uwagę zwrócił szczególny rodzaj galaktyk: galaktyki submilimetrowe (oznaczane SMG od angielskiego terminu sub-milimeter galaxies). W obiektach tego rodzaju zachodzą bardzo intensywne procesy powstawania gwiazd.

Symulacje przeprowadzone przez zespół, którym kierował Sune Toft (Instytut Nielsa Bohra Uniwersytetu Kopenhaskiego w Danii), sugerują, że to właśnie galaktyki SMG mogły być poprzedniczkami zagadkowych „martwych” galaktyk. Gdy następowały zderzenia bogatych w gaz galaktyk SMG, gaz przemieszczał się do centrum systemu, powodując gwałtowne procesy powstawania gwiazd. W centrum nowej galaktyki powstawało bardzo wiele gwiazd, co prowadziło do wyczerpania zasobów gazu i w efekcie do „martwej” galaktyki.

„Odkryliśmy bezpośrednie powiązanie ewolucyjne pomiędzy dwoma najbardziej ekstremalnymi typami galaktyk istniejącymi we Wszechświecie: najodleglejszymi i najbardziej intensywnymi gwiazdotwórczymi galaktykami utworzonymi krótko po Wielkim Wybuchu, a niesamowicie zwartymi, martwymi galaktykami, które obserwujemy występujące od 1 do 2 miliardów lat później” - podsumowuje Toft.

Galaktyka to duży, grawitacyjnie związany układ gwiazd, pyłu i gazu międzygwiazdowego oraz niewidocznej ciemnej materii. Typowa galaktyka zawiera od 10 milionów do biliona gwiazd orbitujących wokół wspólnego środka masy.

Oprócz pojedynczych gwiazd, galaktyki zawierają dużą liczbę układów gwiazd oraz różnego rodzaju mgławice. Większość galaktyk ma rozmiary od kilku tysięcy do kilkuset tysięcy lat świetlnych. Odległości między galaktykami sięgają milionów lat świetlnych. Szacuje się, że w widzialnym Wszechświecie istnieje 350 miliardów dużych galaktyk oraz 3,5 biliona galaktyk karłowatych. Wszystkie te galaktyki tworzą 25 miliardów grup galaktyk zawartych w 10 milionach supergromad galaktyk.