Hvad får de sjældne goplegalakser til at danne tentakler?
Studiet af de fascinerende goplegalakser er stadig et nyt forskningsfelt. Men det kan vise sig at blive en vigtig brik i puslespillet om, hvordan spiralgalakser omdannes til elliptiske galakser.
goplegalakser

Vores observerede goplegalakse, hvor tentaklerne peger mod højre. Gassen, som udgør tentaklerne, er markeret med rødt. Orientering af magnetfeltet er markeret med grønt. Magnetfeltet er orienteret langs tentaklerne. (Credit: ESO/GASP collaboration, adapted by Ancla Müller)

Vores observerede goplegalakse, hvor tentaklerne peger mod højre. Gassen, som udgør tentaklerne, er markeret med rødt. Orientering af magnetfeltet er markeret med grønt. Magnetfeltet er orienteret langs tentaklerne. (Credit: ESO/GASP collaboration, adapted by Ancla Müller)

De stjerner, som man kan se på nattehimlen, er alle en del af vores egen galakse, Mælkevejen.

Universet indeholder milliarder og atter milliarder af galakser.

At studere galakser minder lidt om at betragte dyrene, når man går en tur i en zoologisk have eller er på safari. Galakser har mange forskellige størrelser, farver, udseender, og de har også deres foretrukne levesteder.

Elliptiske galakser er store og tunge – måske er det ligefrem astronomiens svar på elefanten? – og de befinder sig ofte i centrum af store galaksehobe, hvor der er mange andre nabogalakser.

De befinder sig bedst i en flok, kunne man fristes til at sige.

Spiralgalakser befinder sig bedre i friere omgivelser, og de er sjældent at finde i centrum af hobe. De er typisk at finde i yderkanten af galaksehobe eller helt isolerede i det fri.

galaksetyper-spiralgalakse-elliptisk-galakse

De to hyppigst forekommende galaksetyper. T.v. ses en spiralgalakse, som består af gas og stjerner. Man kan se tydelige spiralarme. T.h. ses en elliptisk galakse, som primært består af stjerner i en rund/elliptisk struktur. (Credit: T.v.:’ ESA/Hubble’, t.h.: ESA/Hubble, The Hubble Heritage Team (STScI/AURA); J. Blakeslee, Washington State University)

Mange galakser kan karakteriseres som en af disse to galakse-typer, men der er også andre sjældne typer.

Denne artikel handler om goplegalakser, som astronomerne i de seneste år er begyndt at interesse sig for. De udgør sandsynligvis et mellemstadie, når en spiralgalakse omdannes til en elliptisk galakse (en galakse kan omdannes fra at være en spiral til en elliptisk galakse, så her hører analogien til dyrenes verden op).

Derudover giver goplegalakserne også en unik mulighed for at studere magnetfelter i universet.

To videnskabelige artikler, som jeg har bidraget til, har ved hjælp af observationer og computersimuleringer fastlagt, hvordan magnetfelter former strukturen af goplegalakser.

Fakta
Om Forskerzonen

Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.

Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra Lundbeckfonden. Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af Lundbeckfonden. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.  

Hvad er en goplegalakse?

Når en gople, for eksempel en brandmand, svømmer gennem havet, presses dens tentakler i den modsatte retning af goplens bevægelse. Dette skyldes det dynamiske tryk, som vandet udøver på goplen.

En goplegalakse er en galakse, som bevæger sig igennem en enorm galaksehob (en samling af galakser), der indeholder store mængder varm gas.

Ligesom det dynamiske tryk presser tentaklerne i en brandmand bagud i forhold til dens bevægelsesretning, bliver gassen i goplegalaksen også påvirket af den varme gas i galaksehoben. Dette fører til, at galaksen kommer til at ligne en brandmand.

Den visuelle lighed mellem en brandmand i havet og en goplegalakse skyldes, at begge udsættes for et dynamisk tryk på grund af deres bevægelse gennem et medium (henholdsvis havet og galaksehoben).

gople-Diplulmaris antarctica

En gople (Diplulmaris antarctica) med tentakler, som er bagudrettede i forhold til goplens bevægelse gennem vandet. (Erwan AMICE / CC BY 4.0)

Der er dog også markante forskelle. En brandmand har en længde på under en meter, hvorimod galaksen ovenfor har en størrelse på 160.000 lysår – til sammenligning tager det blot Solens lys lidt over 8 minutter at rejse til Jorden.

På trods af den store forskel i størrelse giver det dynamiske tryk en sammenlignelig visuel effekt.

I en goplegalakse sammenpresses gassen, samtidig med at den fjernes fra galaksen. Det starter stjernedannelse og efterfølgende supernovaeksplosioner i galaksen.

Stjernedannelse og stjerneeksplosioner er naturligvis ikke fænomener, der forekommer i brandmænd i havet. Det dynamiske tryk har altså en langt mere fatal indvirkning på goplegalaksen end på brandmanden.

Goplegalaksen-JW100

Goplegalaksen JW100 bevæger sig opad i billedet og trykket fra hoben, som galaksen bevæger sig igennem, presser gassen nedad. Stjernerne, som udgør galaksen, ses i hvidt og gassen (ioniseret brint), der er blevet presset ud af galaksen, ses i rødt. (Credit: ESO/GASP collaboration)

Sådan spotter vi magnetfelter i goplegalakser

I en nylig artikel i tidsskriftet Nature Astronomy har mine kollegaer og jeg observeret og fastlagt, at der er magnetfelter i halen af goplegalakser. Det er vi de første til at påvise.

Eksistensen og orienteringen af magnetfeltet har vi fastslået ved at observere polariseringen af lyset med ’Karl G. Jansky Very Large Array’ observatoriet, som befinder sig i New Mexico i USA.

Magnetfeltet er orienteret parallelt med gassen i halen af galakserne (parallelt med tentaklerne, hvis vi bliver i brandmands-analogien). Galaksen og magnetfeltets orientering ses øverst i artiklen.

Ved hjælp af computersimuleringer af en goplegalakse har vi fastslået effekten af det dynamiske tryk, hvordan gas rives væk fra galaksen, og hvordan magnetfeltet udvikler sig og påvirker galaksen. 

Disse simuleringer er simple i forhold til normale simuleringer af galaksedannelse (som eksempelvis beskrives her). 

I vores simuleringer har vi antaget at goplegalaksen opfører sig som en gassky, der rammes af en hurtig, magnetisk vind. Dette er tilstrækkeligt til at forstå, hvordan magnetfeltet opfører sig i tentaklerne.

Simuleringen er særligt simpel, fordi tyngdekraften ikke er særligt stærkt i tentaklerne, så vi behøver ikke at lave beregninger af tyngdekraftens indvirkning – gassen påvirkes primært af magnetfeltet og det dynamiske tryk.

Vores simuleringer forudsiger entydigt, at der er et stærkt magnetfelt i halen af goplegalaksen, som det eksempelvis ses på denne video:

Gas fra galaksehoben påvirker goplegalaksen og accelererer den opad i billedet. Farverne viser magnetfeltet. Blå og rød viser, at magnetfeltet (i y-retningen) er hhv. positivt og negativt. Desto stærkere farven er, jo kraftigere er magnetfeltet. I halen af goplegalaksen (dvs. øverst i billedet) opbygges et stærkt magnetfeltkort efter, at simuleringen er startet. Dette magnetfelt stemmer overens med observationerne. (Video: Martin Sparre)

Magnetfeltet former goplegalaksen

Computersimuleringerne kan fastlægge vigtigheden af magnetfelter i dannelsen af goplegalaksens struktur.

Det kan man gøre ved at sammenligne en simulering uden magnetfelter med en simulering, som inkluderer effekten af magnetfelter. Her ses goplegalaksen i en sådan sammenligning (se billede til højre):

goplegalakse-med-uden-magnetfelter-computersimulering

Tætheden af gas i en computersimulering uden og med magnetfelter (hhv. venstre og højre). Goplegalaksen udgøres af gassen, som ses med sort. Goplegalaksens hale er markant længere i simuleringen med et magnetfelt, så magnetfeltet gør det muligt at danne lange tentakler. (Illustration: Martin Sparre)

Halen af goplegalaksen er markant længere i simuleringen, som inkluderer et magnetfelt. Magnetfeltet sørger altså for at stabilisere halen, så den ikke bliver ødelagt af vinden fra galaksehoben (denne vind blæser opad i billedet).

I observationerne, som simuleringen reproducerer, har vi også observeret aktiv stjernedannelse i halen af goplegalaksen. Vi forventer, at magnetfelter spiller en vigtig rolle i at transportere gas til de stjernedannende områder.

Vores ovenstående simuleringer er ikke avancerede nok til at inkludere stjernedannelse, så det er en opgave for kommende simuleringer.

Goplegalakser er et ret nyt forskningsfelt

Det er først i de seneste år, at vi astronomer har fået øjnene op for goplegalakser. Ved hjælp af MUSE-instrumentet, som befinder sig på Very Large Telescope på Paranal-observatoriet i Chile, har astronomer gennemført observationsprogrammet, GASP (GAs Stripping Phenomena in galaxies), som har fastlagt strukturen af adskillige goplegalakser.

Goplegalakser er meget unikke og har en meget anderledes struktur end sædvanlige spiral- og elliptiske galakser (læs mere om de to typer galakser i Forskerzonen-artiklen ’Hvad er en galakse’).

Goplegalakser er også relativt sjældne, idet man kun har observeret cirka 40 af dem.

Det er endnu uvist, hvor vigtige goplegalakser er for vores forståelse af galaksers dannelse. Men der er god grund til at tro, at en spiralgalakse kan omdannes til en elliptisk galakse, hvis det dynamiske tryk fra en galaksehob fjerner al gassen i en galakse.

Goplegalakser kan dermed være en brik i puslespillet, der beskriver, hvordan spiralgalakser omdannes til elliptiske galakser.

Galakserne rummer stadig masser af gåder

Det er dog sandsynligvis ikke den eneste omdannelses-mekanisme.

Sandsynligvis er galakse-sammenstød og effekten af sorte huller i centrum af tunge galakser også vigtige. Du kan læse meget mere om galakse-sammenstød i min tidligere artikel her på Forskerzonen ’Computersimulering giver ny indsigt i galakse-sammenstød’.

Vores forståelse af hvordan galakser omdannes udvikler sig med stor hast, og det dynamiske tryk, som gør, at galakser kan gennemgå et ’goplegalakse-stadie’, fortjener bestemt en plads på listen over mekanismer, som kan danne en elliptisk galakse.

Stof slynget ud fra sorte huller, det dynamiske tryk i en goplegalakse, og effekten af et galakse-sammenstød er alle eksempler på mekanismer, som kan stå for omdannelsen fra spiralgalakse til elliptisk galakse.

Når vi observerer en elliptisk galakse, er det fortsat en gåde, hvilken eller hvilke af disse mekanismer, der er ansvarlig for dens omdannelse fra en spiralgalakse. Fremtidig forskning skal forsøge at fastslå hyppigheden for hver af mekanismerne.  

For nyligt har man også observeret en galakse, som stort set ikke indeholder mørkt stof, og hvor massen er domineret af stjerner. Det er overraskende, fordi galaksers masse normalt er domineret af mørkt stof.

Det har Videnskab.dk berettet om i artiklen ’»Bizart«: Astronomer finder for første gang galakse næsten uden mørkt stof’.

Det er uvist, hvordan sådanne galakser dannes. Et spekulativt gæt kunne være, at en galakse, som primært består af stjerner, dannes af den gas, som udgør tentaklerne i en goplegalakse.

Denne artikel er baseret på en artikel i Nature Astronomy (læs her) og en artikel i det astronomiske tidsskrift, MNRAS (læs her).

Alle må bruge og viderebringe Forskerzonens artikler

På Forskerzonen skriver forskere selv om deres forskning. Vi mener, det er vigtigt, at alle får mulighed for at læse om forskning fra forskerens egen hånd.

Alle må derfor bruge, kopiere og viderebringe Forskerzonens artikler udfra følgende enkle krav:

  • Det skal krediteres: 'Artiklen er oprindelig bragt på Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler'. Hvis artiklen bringes på web, skal der linkes til artiklen på Forskerzonen.
  • Artiklen må ikke redigeres og skal bringes i fuld længde (medmindre andet aftales med forskeren).
  • Du skal give forskeren besked om, at du genpublicerer.
  • Artikler, som er oversat fra The Conversation, skal have indsat en HTML-kode til indsamling af statistik i bunden. HTML-koden finder du i den originale artikel på The Conversations hjemmeside ved at klikke på knappen "Republish this article" ude til højre, derefter klikke på 'Advanced' og kopiere koden. Du finder linket til artiklen på The Conversation i bunden af Forskerzonens oversatte artikel. 

Det er ikke et krav, men vi sætter pris på, at du giver os besked, hvis du publicerer vores indhold (undtaget indhold fra The Conversation). Skriv til redaktør Anders Høeg Lammers på ahl@videnskab.dk.

Læs mere om Forskerzonen i Forskerzonens redaktionelle retningslinjer.

DOI - Digital Object Identifier

Artikler, produceret til Forskerzonen, får tildelt et DOI-nummer, som er et 'online fingeraftryk', der sikrer, at artiklerne altid kan findes, tilgås og citeres. Generelt får forskningsdata og andre forskningsobjekter typisk DOI-numre.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs her om, hvordan forskerne tog billedet af atomerme.


Det sker