Hvad får de sjældne goplegalakser til at danne tentakler?

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.

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.

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).

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.

\ Læs mere

Hvordan opstår galakser?

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:

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):

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.

\ Læs mere

Computersimulering giver ny indsigt i galakse-sammenstød

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).

\ Læs mere

Det mest detaljerede 3D-kort over Mælkevejen nogensinde viser, at vores galakse er ‘skæv’

\ Læs mere

Hvad er en galakse?

\ Læs mere

Astronomer afslører: Gentagne og gådefulde radiobølger stammer fra en ikke så fjern galakse