Livet på jorden skulle inte kunna existera utan kol. Men kolet i sig skulle inte kunna existera utan stjärnor. Nästan alla grundämnen utom väte och helium – inklusive kol, syre och järn – existerar bara för att de smiddes i stjärnornas ugnar och sedan slungades ut i kosmos när deras stjärnor dog. I en ultimat handling av galaktisk återvinning bildas planeter som vår genom att införliva dessa stjärnbyggda atomer i sin sammansättning, vare sig det är järnet i jordens kärna, syret i dess atmosfär eller kolet i jordbornas kroppar.
Ett team av forskare från USA och Kanada bekräftade nyligen att kol och andra atomer som bildats av stjärnorna inte bara driver omkring i rymden tills de får nya användningsområden. För galaxer som vår, som fortfarande aktivt bildar nya stjärnor, tar dessa atomer en omständlig resa. De cirklar runt sin ursprungsgalax på gigantiska strömmar som sträcker sig ut i den intergalaktiska rymden.
Dessa strömmar – som kallas det cirkumgalaktiska mediet – liknar gigantiska transportband som trycker ut material och drar tillbaka det in i galaxens inre, där gravitationen och andra krafter kan sätta ihop dessa råmaterial till planeter, månar, asteroider, kometer och till och med nya stjärnor.
”Tänk på det cirkumgalaktiska mediet som en gigantisk tågstation: Det trycker ständigt ut material och drar in det igen”, säger Samantha Garza, doktorand vid University of Washington, som ingår i teamet. ”De tunga grundämnen som stjärnorna tillverkar trycks ut ur sin värdgalax och in i det cirkumgalaktiska mediet genom deras explosiva supernovadöd, där de så småningom kan dras tillbaka in och fortsätta cykeln av stjärn- och planetbildning.”
Garza är huvudförfattare till en artikel som beskriver dessa fynd och som publicerades den 27 december i The Astrophysical Journal Letters.
”Konsekvenserna för galaxernas utveckling och för hur den reservoar av kol som galaxerna har tillgång till för att bilda nya stjärnor ser ut är spännande”, säger Jessica Werk, professor vid UW och ordförande för institutionen för astronomi, som är medförfattare till artikeln. ”Samma kol som finns i våra kroppar har troligen tillbringat en betydande tid utanför galaxen.”
År 2011 bekräftade ett forskarlag för första gången den sedan länge vedertagna teorin att stjärnbildande galaxer som vår omges av ett cirkumgalaktiskt medium – och att detta stora, cirkulerande moln av material innehåller heta gaser som är berikade med syre. Garza, Werk och deras kollegor har upptäckt att det cirkumgalaktiska mediet i stjärnbildande galaxer också cirkulerar material med lägre temperatur, som kol.
”Vi kan nu bekräfta att det cirkumgalaktiska mediet fungerar som en gigantisk reservoar för både kol och syre”, säger Garza. ”Och, åtminstone i stjärnbildande galaxer, föreslår vi att detta material sedan faller tillbaka till galaxen för att fortsätta återvinningsprocessen.”
Att studera det cirkumgalaktiska mediet kan hjälpa forskare att förstå hur denna återvinningsprocess avtar, vilket så småningom kommer att hända för alla galaxer – även vår. En teori är att en inbromsning eller ett sammanbrott av det cirkumgalaktiska mediets bidrag till återvinningsprocessen kan förklara varför en galax stjärnpopulationer minskar under långa tidsperioder.
”Om man kan hålla igång cykeln – att pressa ut material och dra tillbaka det – så har man teoretiskt sett tillräckligt med bränsle för att hålla igång stjärnbildningen”, säger Garza.
I denna konstnärliga återgivning passerar ljuset från en avlägsen kvasar genom det haloliknande cirkumgalaktiska mediet i en galax på sin väg till jorden, där det mäts av Hubbles Cosmic Origins Spectrograph för att bestämma halons sammansättning. Kredit: NASA/ESA/A. Field
För den här studien använde forskarna Cosmic Origins Spectrograph på rymdteleskopet Hubble. Spektrografen mätte hur ljuset från nio avlägsna kvasarer – superljusstarka ljuskällor i kosmos – påverkas av det cirkumgalaktiska mediet i 11 stjärnbildande galaxer.
Hubbles mätningar visade att en del av ljuset från kvasarerna absorberades av en specifik komponent i det cirkumgalaktiska mediet: kol, och massor av det. I vissa fall upptäcktes kol som sträckte sig nästan 400 000 ljusår – eller fyra gånger diametern på vår egen galax – ut i den intergalaktiska rymden.
Framtida forskning behövs för att kvantifiera den fulla omfattningen av de andra grundämnen som utgör det cirkumgalaktiska mediet och för att ytterligare jämföra hur deras sammansättning skiljer sig mellan galaxer som fortfarande skapar stora mängder stjärnor och galaxer som i stort sett har upphört med stjärnbildning. Dessa svar skulle kunna belysa inte bara när galaxer som vår övergår till stjärnöknar, utan också varför.
För mer information: Samantha L. Garza et al, The CIViL* Survey: The Discovery of a C iv Dichotomy in the Circumgalactic Medium of L* Galaxies, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad9c69
