Bildet viser to galakser sentralt i galaksehopen SDSS J1531+3414 som er i ferd med å kollidere og slå seg sammen. Det er ikke uvanlig at dette skjer i galaksehoper, ettersom gravitasjonskrefter innad i hopene kan føre galaksene mot hverandre. Men dette er ikke en hvilken som helst galaksesammenslåing. Her er det to elliptiske galakser som er i ferd med å kollidere med hverandre, noe som er sjeldent å finne.
De to galaksene er blitt observert tidligere, men det er først nå at man har klart å skille de to objektene fra hverandre og funnet ut at de virkelig er på kollisjonskurs.
Forsker Håkon Dahle ved Institutt for teoretisk astrofysikk.
– Jeg har brukt Nordisk Optisk Teleskop (NOT) til å gjøre de spektroskopiske rødforskyvningsmålingene. Disse bekreftet at de to galaksene faktisk er fysisk knyttet til hverandre og er i ferd med å kollidere, isteden for å være en tilfeldig opplinjering langs synslinjen av to galakser som ikke vekselvirker, forteller forskeren Håkon Dahle fra ITA som er medforfatter av artikkelen.
At lyset fra galaksene er rødforskjøvet betyr at spektrallinjene i lyset blir forskjøvet mot en større bølgelengde (det vil si mot rødt, siden rød er fargen med størst bølgelengde i det synlige spektret). Dette skjer når en lyskilde beveger seg vekk fra oss. Rødforskyvningen forteller oss hvor fort galaksene beveger seg, som igjen kan fortelle oss hvor stor avstand det er mellom oss og galaksen.
Galaksene som er i ferd med å kollidere har en felles rødforskyvning på z = 0,335. Det betyr at de befinner seg i en avstand på 1756,1 Mpc (som tilsvarer 5,73 milliarder lysår) fra oss. Forskergruppen har brukt data fra himmelkatalogen Sloan Digital Sky Survey (SDSS) som holder på å måle rødforskyvningen til rundt 3 millioner objekter.
Området rundt galaksehopen. Galaksehopen kan ses som en ansamling av svake, røde objekter inni sirkelen. Se video som zoomer inn på galaksekollisjonen. Bilde: NASA/Hubble Space Telescope.
Uvanlig stjernedannelse
Galakser som befinner seg i sentrale deler av galaksehoper er vanligvis strippet for gass. En kollisjon mellom denne typen galakser forventes derfor ikke å resultere i dannelsen av nye stjerner, siden gass er en nødvendig ingrediens i en slik prosess. De to galaksene som er avbildet her er derimot svært rike på gass, som gjør at kollisjonen kan resultere i stjernedannelse. I dette tilfellet har resultatet blitt en stjernedannelse utenom det vanlige.
De unge, blå stjernene i bildet er blitt til gjennom en prosess som kalles "perler på en snor"-stjernedannelse (eng. "beads on a string" star formation) som man tror er et resultat av den pågående galaksesammenslåingen. Stjernene i bildet er hopet sammen i 19 klumper som er spredt utover et bånd, eller "snor". Formasjonen minner om et ødelagt perlekjede, derav navnet "perler på en snor"-stjernedannelse. Hver stjerneklump kan bestå av flere hundre millioner stjerner. Selve "snoren" består av tynne hydrogenfilamenter som snor seg rundt som en korketrekker.
Nærbilde av galaksekollisjonen. Bilde: NASA/Hubble Space Telescope.
Det observerte fenomenet skiller seg riktignok noe fra den vanlige formen for "perler på en snor"-stjernedannelse som er blitt observert i armene til spiralgalakser og i haler av stjerner og gass dannet av tidevannskrefter som strekker seg mellom vekselvirkende galakser. Formen og orienteringen til dette bestemte "kjedet" har aldri før blitt observert i gigantiske elliptiske galakser.
"Perlekjedet" av stjerner viser seg å være et svært aktivt område for stjernedannelse.
– Jeg har gjort spektroskopiske målinger med NOT som har blitt brukt til å måle den totale stjernedannelsesraten i “perlekjedet”. Resultatet er at det dannes ca. 5 solmasser med nye stjerner per år til sammen i disse klumpene. Det er mer enn i hele vår galakse (det dannes ca. 3 solmasser med nye stjerner per år i Melkeveien), fortsetter Dahle. Solen har en masse på 1,989 · 1030 kg.
Stjerneformasjonene brer seg over en avstand på 100 000 lysår, omtrent på størrelse med vår galakse, Melkeveien. De to galaksene har en lengde på tilsammen 330 000 lysår. Det er typisk at galakser i sentrum av massive galaksehoper er store. Ofte er disse blant de største galaksene i universet.
Fysikken bak "perlekjedet"
Klumpene med stjerner forklares utifra de samme fundamentale fysiske lovene som forklarer at regn faller som dråper i stedet for som kontinuerlige stråler (se Plateu-Rayleighs ustabilitet). Klumpene befinner seg dessuten i en jevn avstand fra hverandre på omtrent 3000 lysår, på samme måte som dråper faller med en jevn rytme fra en vannkran (se Jeans' lengde). Forskjellen fra analogien om vanndråper, er at overflatespenningen i vannet erstattes av gravitasjon når vi ser på situasjonen med stjernene. Dette illustrerer hvordan fysikkens lover virker på ulike skalaer i universet, fra noen millimetre til hundretusenvis lysår.
Et blått egg
I sentrum av det øverste bildet kan man se en eggformet blå ring. Denne ringen er et resultat av galaksehopens gigantiske gravitasjonsfelt. Gravitasjonsfeltet avbøyer lyset fra galakser som ligger i bakgrunnen slik at lyset fra disse danner de blå ringene. Denne effekten kalles gravitasjonslinsing, hvor galaksehopen virker som en gravitasjonslinse.
Observasjoner gjort ved NOT bekrefter at "perlekjedet" er en del av galaksehopen, isteden for å være et bilde av en fjern bakgrunnsgalakse som er forstørret av gravitasjonslinse-effekten.
Hvordan en gravitasjonslinse fungerer. Lyset fra bakgrunnsgalaksen bøyes rundt galaksen som ligger i forgrunnen (som spiller rollen som gravitasjonslinse) på grunn av det sterke gravitasjonsfeltet. Det vi observerer med våre teleskoper i det illustrerte tilfellet kan ses til høyre i bildet. Illustrasjon: ALMA.
– Oppdagelsen av “perlekjedet” ble gjort tilfeldig som del av et større program ved Hubble-teleskopet der vår gruppe studerer 37 galaksehoper som fungerer som gravitasjonslinser. De aller fleste gravitasjonslinsene som vi observerer med Hubble-teleskopet (dog ikke SDSS J1531+3414) er tidligere oppdaget i et program jeg har vært Principal Investigator for på NOT, forteller Dahle.
Oppfølging
Den unike formen til "perlekjedet" har ført til at forskergruppen planlegger omfattende oppfølgingsobservasjoner med teleskoper på bakken og i verdensrommet. Dette kan gi ny innsikt i stjernedannelse, gassdynamikk og galaksevekst i situasjoner der to elliptiske galakser slår seg sammen.
Videre analyse kan gjøres ved å samle data i flere bølgelengdeområder. Hittil er galaksene observert i optisk og nær ultrafiolett lys. De kommende Gemini GMOS-N IFU-observasjonene kan finne ut av 3D-geometrien og bevegelsen til komponentene i systemet, samt gi et bedre anslag på frevkensen av stjernedannelse. ALMA er det eneste observatoriet som har sensitiviteten og oppløsningen som trengs får å studere klumpene og gassmassene hver for seg.
Til slutt kan røntgenteleskopet Chandra bestemme om den observerte stjernedannelsen skyldes gass som har kondensert fra den varme atmosfæren ved hjelp av en nedkjølende strøm eller et sjokk i røntgengassen fra kollisjonen av de varme gasshaloene som galaksene er innhylt i. At stjernedannelsen ikke foregår i området mellom de to galaksene hvor det ville vært mest sannsynlig å finne den, tyder på at den ikke er trigget av et sjokk. Samtidig kan viskøse motstandskrefter påvirke gassen og slik gjøre at stjernene og gassen har blitt separert fra hverandre, slik at stjernedannelsen likevel kan være sjokktrigget. Med tiden vil kanskje forskergruppen vite nøyaktig hvordan "perlekjedet" er blitt til.