Tähtien muodostuminen on yksi maailmankaikkeuden perusilmiöistä. Tähtien sisällä alkuräjähdyksestä peräisin oleva alkuaine jalostetaan raskaammiksi elementeiksi, joita havaitsemme nykyään. Tietyntyyppisten tähtien laajennetussa ilmakehässä nämä elementit yhdistyvät monimutkaisemmiksi järjestelmiksi, kuten molekyyleiksi ja pölyjyväiksi, uusien planeettojen, tähtien ja galaksien ja viime kädessä elämän rakennuspalikiksi. Voimakkaat tähtienmuodostusprosessit antavat muutoin tylsät galaksit loistaa syvän avaruuden pimeydessä ja tehdä niistä näkyviä meille suurilta etäisyyksiltä.
Tähtien muodostuminen alkaa tähtienvälisten pilvien tiheimpien osien romahtamisesta, alueilla, joille on ominaista suhteellisen korkea molekyylikaasu- ja pölypitoisuus, kuten Orion-kompleksi (ESO PR Kuva 20/04) ja Galaktisen keskuksen alue (ESO Lehdistötiedote 26/ 03). Koska tämä kaasu ja pöly ovat aikaisemman tähtien muodostumisen tuotteita, on täytynyt olla varhainen aikakausi, jolloin niitä ei vielä ollut olemassa.
Mutta miten ensimmäiset tähdet sitten muodostuivat? Itse asiassa 'alkutähtien muodostumisen' kuvaaminen ja selittäminen - ilman molekyylikaasua ja pölyä - on suuri haaste nykyaikaisessa astrofysiikassa.
Erityinen suhteellisen pienten galaksien luokka, joka tunnetaan nimellä 'siniset kääpiögalaksit', saattaa tarjota lähistöllä olevia ja nykyaikaisia esimerkkejä siitä, mitä on voinut tapahtua varhaisessa universumissa ensimmäisten tähtien muodostumisen aikana. Nämä galaksit ovat köyhiä pölystä ja raskaammista alkuaineista. Ne sisältävät tähtienvälisiä pilviä, jotka joissakin tapauksissa näyttävät olevan melko samankaltaisia kuin alkuperäiset pilvet, joista ensimmäiset tähdet muodostuivat. Silti, huolimatta Linnunradalta tuntemamme tähtien muodostumisen perusainekset muodostavan pölyn ja molekyylikaasun suhteellisesta puutteesta, näissä Sinisissä kääpiögalakseissa on joskus erittäin aktiivisia tähtienmuodostusalueita. Siten tutkimalla näitä alueita voimme toivoa ymmärtävämme paremmin tähtien muodostumisprosesseja varhaisessa universumissa.
Erittäin aktiivinen tähtienmuodostus NGC 5253:ssa
NGC 5253 on yksi lähimmistä tunnetuista Sinikääpiögalakseista; se sijaitsee noin 11 miljoonan valovuoden etäisyydellä eteläisen Centauruksen tähdistön suunnasta. Jokin aika sitten joukko eurooppalaisia tähtitieteilijöitä [1] päätti tarkastella tätä kohdetta lähemmin ja tutkia tähtien muodostumisprosesseja tämän galaksin alkukantaisessa ympäristössä.
Totta, NGC 5253 sisältää pölyä ja raskaampia elementtejä, mutta huomattavasti vähemmän kuin oma Linnunrata-galaksimme. Se on kuitenkin melko äärimmäinen intensiivisen tähtien muodostumispaikkana, runsas 'tähtienpurkaus galaksi' tähtitieteellisessä terminologiassa ja ensisijainen kohde laajamittaisen tähtien muodostumisen yksityiskohtaisille tutkimuksille.
ESO PR Photo 31a/04 tarjoaa vaikuttavan kuvan NGC 5253:sta. Tämä yhdistelmäkuva perustuu lähi-infrapunavalotukseen, joka on saatu monimuotoisella ISAAC-instrumentilla, joka on asennettu 8,2-metriseen VLT Antu -teleskooppiin ESO Paranalin observatoriossa (Chile). , sekä kaksi optisella aaltoalueella olevaa kuvaa, jotka on saatu Hubble-avaruusteleskoopin data-arkistosta (sijaitsee ESO Garchingissa). VLT-kuva (K-kaistalla aallonpituudella 2,16 um) on koodattu punaiseksi, HST-kuvat ovat vastaavasti sinisiä (V-kaista 0,55 um) ja vihreitä (I-kaista 0,79 um).
Valtava valonkeräyskyky ja VLT:n hieno optinen laatu mahdollistivat erittäin yksityiskohtaisen lähi-infrapunakuvan saamisen (vrt. PR Photo 31b/04) vain 5 minuutin valotuksen aikana. Paranalin erinomaiset ilmakehän olosuhteet havainnointihetkellä (0,4 kaarisekuntia) mahdollistavat avaruus- ja maantieteellisten tietojen yhdistämisen värikuvaksi tästä mielenkiintoisesta kohteesta.
Suuri pölykaista on näkyvissä galaksin länsipuolella (oikealla), mutta pölyläiskiä on näkyvissä kaikkialla sekä suuri määrä värikkäitä tähtiä ja tähtijoukkoja. Eri värisävyt osoittavat esineiden iän ja tähtienvälisen pölyn peittämisen asteen. Lähi-infrapuna-VLT-kuva tunkeutuu pölypilviin paljon paremmin kuin optiset HST-kuvat, ja jotkin syvälle upotetut kohteet, joita optinen ei havaitse, näkyvät siksi punaisina yhdistetyssä kuvassa.
Mittaamalla kunkin 'piilotetun' kohteen koon ja infrapunakirkkauden tähtitieteilijät pystyivät erottamaan tähdet tähtijoukoista; Niissä on vähintään 115 klusteria. Heidän ikänsä oli myös mahdollista johtaa – noin 50 heistä on tähtitieteellisesti hyvin nuoria, alle 20 miljoonaa vuotta. Tähtien joukkojen massojen jakautuminen muistuttaa muiden tähtienpurkausgalaksien ryhmissä havaittua, mutta nuorien tähtien ja tähtien suuri määrä on poikkeuksellista niinkin pienessä galaksissa kuin NGC 5253.
Kun NGC 5253:sta saadaan kuvia asteittain pitemmillä aallonpituuksilla, ks. ESO PR Photo 31c/04, joka on otettu VLT:llä L-kaistalla (aallonpituus 3,7 ?m), galaksi näyttää aivan erilaiselta. Se ei enää näytä K-kaistan kuvassa nähtyjä lähteitä, ja nyt sitä hallitsee yksi kirkas kohde. Lukuisten havaintojen avulla eri aallonpituusalueilla, optisista radioon, tähtitieteilijät havaitsivat, että tämä yksittäinen esine lähettää yhtä paljon energiaa spektrin infrapunaosassa kuin koko galaksi optisella alueella. Eri aallonpituuksilla säteilevän energian määrä osoittaa, että kyseessä on nuori (muutama miljoona vuotta), erittäin massiivinen (yli miljoona auringon massaa) tähtijoukko, joka on upotettu tiheään ja raskaaseen pölypilveen (yli 100 000 aurinkomassaa pölyä). PR-kuvassa 31c/04 näkyvä päästö tulee tästä pölystä).
Näkymä alkuun
Nämä tulokset osoittavat, että niinkin pieni galaksi kuin NGC 5253, joka on lähes 100 kertaa pienempi kuin oma Linnunrata-galaksimme, voi tuottaa satoja kompakteja tähtijoukkoja. Nuorimmat näistä klusteista ovat edelleen syvästi upotettuina syntymäpilviin, mutta kun niitä tarkastellaan infrapunaherkillä instrumenteilla, kuten ISAAC VLT:ssä, ne erottuvat todella kirkkaina esineinä.
Massiivisimmassa näistä klusteista on noin miljoona auringon massaa ja se loistaa jopa 5000 erittäin kirkasta massiivista tähteä. Se saattaa hyvinkin olla hyvin samankaltainen kuin vanhojen pallomaisten klustereiden esivanhemmat varhaisessa universumissa, joita nyt havaitsemme suurissa galakseissa, kuten Linnunradassa. Tässä mielessä NGC 5253 tarjoaa meille suoran näkymän omaan alkuumme.
Huomautus
[1] Ryhmään kuuluvat Giovanni Cresci (Firenzen yliopisto, Italia), Leonardo Vanzi (ESO-Chile) ja Marc Sauvage (CEA/DSN/DAPNIA, Saclay, Ranska). Lisätietoja tästä tutkimuksesta on saatavilla tutkimuspaperista ('The Star Cluster population of NGC 5253', G. Cresci et al.), joka ilmestyy pian johtavassa tutkimuslehdessä Astronomy & Astrophysics (esipainos on saatavana astro-ph-julkaisuna /0411486).
Alkuperäinen lähde: ESO:n tiedote
Tässä on lisätietoja aiheesta miten tähdet muodostuvat .