Fiatalok a horgas spirálgalaxisok

A látványos spirálgalaxisok nagy hányadánál találunk a központi tartományon nyílegyenesen áthaladó horgot (küllőt), amiben csillagok és gázfelhők jellegzetes egyenes alakzatban összpontosulnak. Egy 2000 galaxisra kiterjedő űrtávcsöves felmérésben egy nemzetközi kutatócsoport azt mutatta ki a Hubble felvételeit elemezve, hogy 7 milliárd évvel ezelőtt sokkal kevesebb horgas spirálgalaxis létezett, mint amennyit a kozmikus környezetünkben, a lokális univerzumban látunk. Az eredmények igazolják, hogy a küllők kialakulása a galaxisfejlődés kései szakaszára jellemző.

A Cosmic Evolution Survey (COSMOS) projekt célja felderíteni a galaxisok kialakulását és fejlődését alakító tényezőket, illetve részletes felmérésekkel rekonstruálni a csillagvárosok időbeli fejlődését. Ehhez a telihold látszó felületénél kilencszer nagyobb égterületről készítettek nagy határfényességű felvételeket a Hubble ACS műszerével 2003 és 2005 között. A távolságok és korok megállapításához földi óriástávcsövekkel vettek fel színképeket, melyekből a vöröseltolódást kimérve adódott a galaxisok és galaxishalmazok távolsága, illetve visszatekintési kora.

Kartik Sheth (Spitzer Science Center, Caltech) és munkatársai az adatok vizsgálatával azt találta, hogy nagy távolságra visszatekintve a spirálgalaxisoknak alig 20 százaléka volt horgas, míg az Univerzum közeli régióiban ez az arány eléri a 70 százalékot is. Az elmúlt 7 milliárd évben a küllők folyamatosan fejlődtek, részarányuk pedig megháromszorozódott. Ugyanakkor érdekes összefüggés látszik a küllők kialakulása és a galaxisok össztömege között: a kisebb méretű és tömegű spirálgalaxisokra jellemzőbbek a küllők, mint nagy tömegű társaikra, melyekben a horgasság aránya nagyjából változatlan maradt az évmilliárdok során.

Mindez azért fontos, mert arra utal, hogy a galaxisok világára is jellemző a fejlődés sebessége és a tömeg közötti kapcsolat (hasonlóan a csillagokhoz, ahol a nagy tömegű csillagok sokkal gyorsabban szaladnak végig fejlődésükön, mint a kis tömegű égitestek). A nagy tömegű galaxisok sokkal korábban kifejlődnek, így a kozmikus evolúcióban játszott szerepük eltér a kis tömegű csillagvárosokétól.

Elméleti számítások alapján tudjuk, hogy a küllők akkor alakulnak ki, amikor az egyedi csillagok pályai a galaxison belül instabillá válnak, s kezdenek eltérni az egyszerű körpályától. Az enyhe pályaelnyúlások folyamatosan erősödnek, illetve rögzülnek a galaxishoz képest, így létrehozva a központi küllőt. A folyamat pozitív visszacsatolással egyre több csillagot mozdít ki eredeti pályájáról, s így a küllőbe összpontosuló tömeg is folyamatosan nő. A COSMOS észlelései alapján a folyamat a nagytömegű galaxisokban gyorsabban lejátszódik, feltehetően az erősebb gravitációs térnek köszönhetően.

Az is elképzelhető, hogy a küllők a galaxisfejlődés nagyon fontos katalizátorai: nagy mennyiségű gázanyagot gyűjtenek be a galaxisok központi tartományaiba, ott erős csillagkeletkezést is kiválthatnak, illetve elősegíthetik a központi fekete lyukak tömegbefogó folyamatait. Mivel saját Tejútrendszerünk is horgas spirálgalaxis, a távoli csillagvárosok kutatásával képet kaphatunk anyagalaxisunk múltbeli fejlődéséről is - a központi küllő szerepe ebben meglepően fontos lehetett.