Mai produce universul galaxii noi?

Este o întrebare amuzantă pentru că ne permite să pătrundem în procesul dezordonat, complicat și frumos al formării galaxiilor.

Două galaxii spirale barate, cunoscute sub numele de NGC 7733 și NGC 7734, sunt în proces de fuziune. Galaxia inferioară are un nod de praf în vârful brațului său superior, care marchează un al treilea companion galactic. (Credit imagine: ESA/Hubble & NASA, J. Dalcanton, Dark Energy Survey/DOE/FNAL/NOIRLab/NSF/AURA; Recunoștință: L. Shatz)

Ne gândim la galaxii ca fiind vechi. Galaxia noastră, Calea Lactee, s-a format în urmă cu 13,6 miliarde de ani, iar Telescopul spațial James Webb ne-a permis să ne întoarcem cu privirea la unele dintre primele galaxii din universul timpuriu...... Dar se mai nasc galaxii și astăzi?

Primul răspuns: Nu

Galaxiile sunt destul de ușor de identificat. Ele sunt colecții mari de stele, gaz și materie întunecată. Acestea sunt în mare parte distincte unele de altele; o galaxie tipică are un diametru de aproximativ 100 000 de ani-lumină, în timp ce distanța tipică dintre galaxii este de aproximativ 1 milion de ani-lumină. 

Uneori, galaxiile fuzionează sau se grupează în roiuri, dar, cu câteva excepții, putem separa în mare măsură o galaxie de alta. Acestea sunt ca niște orașe la țară: Distanța dintre orașe este mai mare decât orașele însele, astfel încât acestea sunt ușor de observat și de definit. Uneori, orașele se ciocnesc unele de altele, iar alteori, un oraș întins își consumă vecinii. Dar, în general, un oraș este doar un oraș.

Roiul de galaxii Abell 3827. ESA/Hubble & NASA, R. Massey

Definirea începutului unei galaxii, însă, este o chestiune diferită. Galaxiile au apărut în universul timpuriu printr-un proces gradual care a început în prima secundă a Big Bang-ului. În acel moment, au apărut mici buzunare cu o densitate mai mare decât media și au crescut constant în următoarele câteva sute de milioane de ani. La început, doar materia întunecată a putut intra, deoarece materia obișnuită era ocupată să se încurce cu ea însăși. Dar odată ce pungile de materie întunecată au devenit suficient de mari, au atras materia obișnuită din jur.

Pe măsură ce materia obișnuită s-a adunat, s-a comprimat, s-a fragmentat și a dat lumină primelor stele. Aceste protogalaxii au continuat să consume mai mult gaz, să fuzioneze cu galaxiile vecine și să crească pentru a deveni galaxiile complet formate pe care le vedem astăzi.

Așadar, în multe sensuri, astăzi nu apar galaxii noi. Procesul de construire a acestora - de însămânțare ca mici diferențe de densitate sau de colectare inițială a materiei întunecate - s-a încheiat, un act care a avut loc în cosmosul antic și nu se va mai repeta niciodată. Nu mai există protogalaxii - nu mai există nori de gaz care să aștepte șansa de a se comprima și de a crea o nouă galaxie - în universul actual.

Când vine vorba de galaxii, ceea ce vedem este ceea ce avem.

Al doilea răspuns: da

Dar acesta este doar un mod de a defini începutul unei galaxii. Ne putem uita și la un alt pas esențial: apariția primelor stele. Revenind la analogia cu orașul, există o diferență între momentul în care un oraș este planificat pentru prima dată - contururile sale sunt definite prin marcaje de delimitare și linii de topografie - și momentul în care primii oameni încep să se mute în el.

Dacă ne concentrăm doar asupra formării stelelor, vedem că acesta este un proces continuu care continuă chiar și în universul modern. În ultimii ani, astronomii au ajuns la o înțelegere detaliată a unei măsuri numite funcția de masă stelară. Aceasta este un recensământ demografic de bază care cartografiază câte stele se aprind în fiecare galaxie - sau, altfel spus, câtă masă se află sub formă de stele în fiecare galaxie la diferite epoci din univers.

Stelele reprezintă doar un procent infim din masa unei galaxii; restul revine materiei întunecate și aglomerărilor aleatorii de gaz. Cu toate acestea, stelele fac galaxia ceea ce este și sunt mult mai ușor de observat decât orice altă componentă galactică.

Cu ajutorul unor noi studii care au prelevat eșantioane de galaxii din întregul univers, astronomii au descoperit recent că funcția masei stelare crește peste tot. Acest lucru înseamnă că există mai multe galaxii mici, galaxii medii și galaxii mari decât erau acum miliarde de ani. 

Noile galaxii mici nu provin din apariția protogalaxiilor în semințe de materie întunecată; ele sunt aglomerări de materie deja existente care abia încep formarea stelelor. Galaxiile mai mari, pe de altă parte, sunt generate în principal de fuziunea continuă a galaxiilor mai mici.

Nu va dura la nesfârșit

Așadar, cel puțin într-un mod important, noile galaxii continuă să apară pe scena cosmică pe măsură ce se aprind cu noi runde de formare de stele. Acestea au fost întotdeauna acolo, timp de miliarde de ani, dar abia acum se fac vizibile. Acest proces este viabil deoarece formarea stelelor este incredibil de ineficientă. Cea mai mare parte a gazului dintr-o galaxie nu se va transforma niciodată în stele și poate continua pentru perioade foarte lungi fără a consuma prea mult material - și poate dura foarte mult timp pentru ca o galaxie să înceapă.

Dar, din păcate, petrecerea nu va dura la nesfârșit. Problema este că nu numai că universul este în expansiune, dar expansiunea sa este accelerată - un efect cunoscut sub numele de energie întunecată. Deși astronomii încă nu înțeleg ce determină energia întunecată, ei pot observa efectele acesteia asupra restului universului: Ea împrăștie totul.

Pe măsură ce universul îmbătrânește, este din ce în ce mai greu ca materia să se adune pentru a forma noi galaxii și pentru a stimula formarea continuă de stele. De fapt, vârful formării stelelor a trecut cu miliarde de ani în urmă. Deși noi galaxii continuă să se aprindă, rata de apariție încetinește, în fiecare an apărând din ce în ce mai puține galaxii noi.

Mai avem destul timp - galaxiile vor continua să formeze stele timp de sute de miliarde de ani - dar ar trebui să ne bucurăm de petrecere cât mai durează.