Jak umierają galaktyki

Galaktyki rodzą się z zapadnięć grawitacyjnych w zagęszczeniach materii (wodoru) i w zależności od tego, czy wokół jest tłoczno, a więc istnieje dużo innych już uformowanych galaktyk, czy miejsca jest dużo, przyjmują różne kształty. W dużych skupiskach galaktycznych nowo powstające galaktyki mają zwykle kształty eliptyczne. Ruch gwiazd jest w nich raczej chaotyczny, dochodzi też do częstych kolizji z sąsiednimi strukturami, w których wyniku – poprzez łączenie – galaktyki się powiększają. Takie kolizje prowadzą też do nasilonej aktywności gwiazdotwórczej. Dzisiaj jednak większość obserwowanych galaktyk eliptycznych zawiera głównie stare gwiazdy. Nowe rodzą się w nich bardzo rzadko lub w ogóle. Już zakończyły ten etap istnienia.

Inaczej dzieje się z galaktykami spiralnymi, których w obserwowanym kosmosie istnieje dużo więcej. W nich ruch gwiazd ma charakter uporządkowany: obszary, w których powstają nowe gwiazdy, są gęstsze i tworzą wyraźne ramiona – to znak, że galaktyka wciąż jeszcze ma się dobrze, rodzi wiele młodych gwiazd i jej strukturze nic nie grozi. Ponieważ obiekt leży w odpowiednim oddaleniu, ryzyko zderzenia z innymi galaktykami jest mniejsze niż w przypadku tworów eliptycznych. Ogniwem pośrednim między galaktykami eliptycznymi a spiralnymi są galaktyki soczewkowate. Mają wyraźny dysk i zgrubienie wewnętrzne, ale brak im jeszcze ramion spiralnych. Istnieje też typ galaktyk nieregularnych, do którego należą przede wszystkim galaktyki karłowate (zwykle będące satelitami większych) lub nawet większe, powstałe właśnie w wyniku kolizji galaktyk i zmieszania się materii.

Kolizje i starzenie

Galaktyki mogą zakończyć swoje istnienie na dwa sposoby. Pierwszy jest nagły, choć wcale nie trwa krótko, i polega na tym, że galaktyki wpadają na siebie. Nie dochodzi tu do zderzeń gwiazd (odległości między nimi w galaktykach są bardzo duże), ale zmieniają one swoją dynamikę i usytuowanie w galaktyce i często w wyniku takich zderzeń powstaje większa galaktyka eliptyczna lub nieregularna. Od kilkunastu lat znamy też proces, w którym galaktyki, krążąc w gromadzie (zwłaszcza te spiralne), zaczynają coraz bardziej zbliżać się do jej centrum. W centrach gromad gęstość materii międzygwiazdowej wyraźnie rośnie i galaktyka będąca na takim kursie zbliżeniowym jest narażona na działanie wysokiego ciśnienia, wynikającego z jej ruchu w coraz bardziej zagęszczonym środowisku. A ponieważ galaktyka zbliża się stale do centrum gromady, coraz silniejsze ciśnienie naporowe powoduje wywiewanie z niej gazu wodorowego. Z czasem to wywiewanie też przybiera na sile i galaktyka zaczyna tracić swoją strukturę spiralną. Proces całkowitego pozbawienia jej gazu może trwać od kilkuset milionów do miliarda lat. Pozbawiona gazu i ramion spiralnych nie rodzi już nowych gwiazd. Staje się martwa i czerwona.

Galaktyka D100 zagrożona

Proces ten, fachowo zwany ram pressure stripping (w wolnym tłumaczeniu to „ogałacanie ciśnieniem naporowym”), został niedawno doskonale zaobserwowany przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a w galaktyce D100, znajdującej się w potężnej gromadzie galaktyk Coma 330 mln l.ś. od Ziemi. D100 zbliża się do centrum gromady Coma i powstałe w wyniku tego potężne ciśnienie naporowe wywiewa z galaktyki gaz. Po raz pierwszy zjawisko to zostało dostrzeżone w D100 przez teleskop Subaru na Hawajach w 2007 r. Widać je pod postacią ogona wywiewanego gazu, który ma długość aż 200 tys. l.ś., a więc niemal dwóch średnic Drogi Mlecznej. Ogon jest bardzo wyraźnie ukształtowany i dość wąski – ma grubość ok. 7 tys. l.ś. Badacze z Yale University, którzy dokładnie obserwowali D100, twierdzą, że wcześniej nie udawało się dostrzec aż tak wyraźnie ukształtowanego wypływu. Teraz zrobił to teleskop Hubble’a. Najprawdopodobniej regularny i ściśle ograniczony kształt tego ogona wynika z panującego w nim silnego pola magnetycznego. W ogonie też znajdują się gwiazdy, ale nie ma ich dużo.

Badacze z Yale zaobserwowali również w gromadzie Coma inną niezbyt odległą od D100 galaktykę D99. Została ona już całkowicie ogołocona z gazu również w wyniku procesu, w którym znaczenie ma ciśnienie naporowe. Jest więc całkowicie pozbawiona spiralnej struktury i nie rodzi gwiazd, bo cały wodór, czyli ich budulec, uleciał w przestrzeń. Ponieważ dominują w niej gwiazdy stare, nabiera czerwonego zabarwienia. Podobny mechanizm działa np. w gromadzie Virgo. Tam na kursie zbliżeniowym do centrum gromady jest galaktyka spiralna NGC 4402. Na zdjęciach widać, jak wyraźnie jaśnieje od strony, gdzie działa ciśnienie naporowe. Gaz już jest z niej wywiewany, więc czeka ją utrata spiralnej struktury, a w rezultacie – nieunikniona starość.

Okazuje się zatem, że nawet tak potężne i długowieczne struktury jak galaktyki nie trwają w nieskończoność. Giną w kolizjach lub stają się reliktami galaktycznymi, pozbawionymi swojej struktury przez obecność gęstego ośrodka w centrum gromad. A jaki los spotka naszą Drogę Mleczną? Raczej czeka ją kolizja z sąsiednią galaktyką Andromedy, ale stanie się to dopiero za jakieś 3 mld lat. Ostatnie badania sugerują nawet, że będzie to jeszcze później.

Przemek Berg
dziennikarz naukowy, związany na stałe z redakcją tygodnika „Polityka”