Starburst Galaxies Hotbeds of Star Formation

Universum är fyllt med galaxer, som själva är fyllda med stjärnor. Vid någon tidpunkt i sitt liv borstade varje galax med stjärnbildning i stora vätgas. Även i dag verkar vissa galaxer ha mer än den vanliga mängden stjärnfödelseaktivitet och astronomer vill veta varför. Det föddes så många stjärnor i vissa galaxer i tidigare tider att de antagligen såg ut som kosmiska fyrverkerier. Astronomer hänvisar till dessa hotbeds från stjärnfödelse som "starburst galaxies."

Key Takeaways: Starburst Galaxies

• Starburst-galaxer är galaxer där höga nivåer av stjärnbildningen har inträffat mycket snabbt.
• Nästan alla typer av galaxer kan genomgå starburst-händelser om förhållandena är rätt.
• Astronomer vet att starburst-galaxer ofta är involverade i sammanslagningar som blandar stjärnor och gas. Chockvågor pressar gasen, som sätter igång starburst-aktiviteten.

Starburst-galaxer har ovanligt höga stjärnbildningar och dessa skurar varar under en kort tid under galaxens långa livslängd. Det beror på att stjärnbildningen brinner snabbt genom gasreserverna i galaxen.

Det är troligt att den plötsliga bristen av stjärnfödelse utlöses av en specifik händelse. I de flesta fall gör en galaxfusion problemet. Det är när två eller flera galaxer mesh samman i en lång gravitationsdans och så småningom smälter ihop. Under sammanslagningen blandas gaserna i alla inblandade galaxer ihop. Kollisionen skickar chockvågor genom dessa gasmoln, som komprimerar gaserna och sätter igång stjärnbildningar. 

Egenskaper för Starburst Galaxies

Starburst-galaxer är inte en "ny" typ av galax, utan snarare bara en galax (eller blandade galaxer) i en viss fas av deras utveckling. Trots det finns det några egenskaper som dyker upp i de flesta stjärna galaxer:

• en mycket snabb stjärnbildningsgrad. Dessa galaxer kommer att producera stjärnor med hastigheter långt över genomsnittsfrekvensen för de flesta "vanliga" galaxer;
• tillgänglighet av gas och damm. Vissa galaxer kan ha högre än normalt stjärnbildningshastighet helt enkelt på grund av deras stora volymer gas och damm. Vissa starburst-galaxer har emellertid inte reserverna för att motivera varför de skulle ha så höga stjärnor av stjärnbildningen, så sammanslagningar kanske inte är den enda förklaringen;
• stjärnbildningsfrekvensen stämmer inte med galaxens ålder. Huvudpoängen är att den nuvarande stjärnbildningen inte kunde ha varit konstant sedan galaxbildningen med tanke på dess ålder. En äldre galax skulle helt enkelt inte ha tillräckligt med gas kvar för att hålla upp starbirth-handlingen i miljarder år. I vissa starburst-galaxer ser astronomer en plötslig bristning av stjärnfödelse, och ofta är förklaringen en sammanslagning eller slumpmöte med en annan galax.

Astronomer jämför ibland också hastigheten på stjärnbildningen i en galax relativt dess rotationsperiod. Om till exempel galaxen tappar ut all sin tillgänglig gas under en rotation av galaxen (med tanke på den höga stjärnbildningsgraden), kan den betraktas som en starburst-galax. Vintergatan roterar en gång var 220 miljoner år; vissa galaxer går mycket långsammare, andra snabbare.

En annan allmänt accepterad metod för att se om en galax är ett starburst är att jämföra stjärnbildningsgraden mot universumets ålder. Om den nuvarande hastigheten skulle uttömma all tillgänglig gas på kortare tid än 13,7 miljarder år, är det möjligt att en given galax kan befinna sig i ett starburst-tillstånd. 

Annoterad bild som visar bländande ögonlockliknande funktioner som spricker av stjärnor i galaxen IC 2163. En tsunami av stjärnor och gas utlöst av en blickande kollision med galaxen NGC 2207 (en del av dess spiralarm visas på höger sida av bilden). ALMA-bilden av kolmonoxid (orange), som avslöjade gasens rörelse i dessa funktioner, visas ovanpå Hubble-bilden (blå) i galaxen. M. Kaufman; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); NASA / ESA Hubble Space Telescope

Typer av Starburst Galaxies

Starburst-aktivitet kan förekomma i galaxer som sträcker sig från spiraler till oregelbundna. Astronomer som studerar dessa objekt klassificerar dem i undertyper som hjälper till att beskriva deras åldrar och andra egenskaper. Starburst galaxtyper inkluderar:

• Wolf-Rayet-galaxer: definieras av deras förhållande ljusa stjärnor som faller in i Wolf-Rayet-klassificeringen. Galaxer av denna typ har regioner med hög stjärnvind som drivs av Wolf-Rayet-stjärnorna. Dessa stjärnmonster är oerhört massiva och lysande och har mycket höga massförluster. Vindarna som de producerar kan kollidera med gasregioner och driva snabb stjärnbildning.
• Blå kompakta galaxer: lågmassa galaxer som en gång troddes vara unga galaxer, precis började bilda stjärnor. Men de innehåller vanligtvis populationer av mycket gamla stjärnor. Det är vanligtvis en bra ledtråd att galaxen är ganska gammal. Astronomer misstänker nu att blå kompakta galaxer faktiskt är resultatet av sammanslagningar mellan galaxer i olika åldrar. När de kolliderar ramper starburst-aktiviteten upp och lyser upp galaxerna.
• Lysande infraröda galaxer: dimma, dolda galaxer som är svåra att studera eftersom de innehåller höga dammnivåer som kan dölja observation. Vanligtvis används infraröd strålning som detekteras av teleskop för att penetrera dammet. Det ger ledtrådar till ökad stjärnbildning. Vissa av dessa föremål har visat sig innehålla flera supermassiva svarta hål, som kan stänga av stjärnbildningen. Ökningen av stjärnfödelsen i sådana galaxer måste vara resultatet av en nyligen galaxfusion.

Orsak till ökad stjärnbildning

Även om sammanslagningen av galaxer pekas ut som den främsta orsaken till stjärnfödelse i dessa galaxer, är de exakta processerna inte väl förståda. Delvis beror detta på att starburst-galaxer finns i många former och storlekar, så det kan finnas mer än ett tillstånd som leder till ökad stjärnbildning. Emellertid måste en mängd gas tillgänglig för att generera de nya stjärnorna för att en stjärna galax kan bildas. Dessutom måste något störa gasen för att påbörja gravitations-kollapsningsprocessen som leder till skapandet av nya föremål. Dessa två krav ledde astronomer till misstänkta galaxfusioner och chockvågor som två processer som kan leda till starburst-galaxer. 

Centaurus En galax har ett massivt svart hål i sitt hjärta som aktivt knölar upp material. Handlingen av sådana aktiva galaktiska kärnor kan spela en roll i starbursts i galaxer.  ESO / WFI (optisk); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Submillimetre); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (Röntgen)

Två andra möjligheter för orsaken till starburst galaxer inkluderar:

• Active Galactic Nuclei (AGN): Praktiskt taget alla galaxer innehåller ett supermassivt svart hål i deras kärna. Vissa galaxer verkar vara i ett tillstånd av hög aktivitet, där det centrala svarta hålet matar ut enorma mängder energi. Det finns mycket bevis som visar att förekomsten av ett sådant svart hål kan dämpa stjärnbildningsaktiviteten. När det gäller dessa så kallade aktiva galaktiska kärnor kan de emellertid också, under rätt förhållanden, utlösa snabb stjärnbildning då materialets förening i en skiva och dess eventuella utkast från det svarta hålet kan skapa chockvågor som kan utlösa stjärnbildning.
• Höga supernova priser: Supernovaer är våldsamma händelser. Om explosionshastigheten ökar på grund av närvaron av ett mycket stort antal åldrande stjärnor i ett kompakt område, kan de resulterande chockvågorna starta en snabb ökning av stjärnbildningen. Men en sådan händelse som skulle inträffa måste förhållandena vara idealiska; mer än i de andra möjligheterna som listas här.

En supernova kan driva moln med närliggande gas runt sporr begränsade mängder av starbirth. Denna supernova visas i en Hubble Space Telescope-vy över Crab Nebula supernova-rest. NASA / ESA / STScI

Starburst-galaxer är fortfarande ett aktivt utredningsområde av astronomer. Ju mer de hittar, desto bättre kan forskare beskriva de faktiska förhållandena som leder till de ljusa skurarna av stjärnbildningen som befolkar dessa galaxer.