Kiekkogalaksien kehitys

Galaksit ovat maailmankaikkeuden perusrakenneosasia. Ne ovat muodostuneet tähdistä, kaasusta, pölystä ja todennäköisesti myös pimeästä materiasta. Aurinkokuntamme on osa galaksia nimeltä Linnunrata.

Olemme tutkineet satojen galaksien ominaisuuksia käyttämällä NASA:n Spitzer-avaruusteleskoopin korkealaatuisia lähi-infrapunakuvia, ns. S4G-galaksiotosta. Nämä kuvat paljastavat galaksin "tukirankana" toimivien vanhojen tähtien jakauman. Tutkitut galaksit ovat suhteellisen lähellä meitä, enintään 130 miljoonan valovuoden päässä.

Tutkimuksessa on erityisesti kiinnitetty huomiota tähtien muodostamiin sauvoihin. Ne ovat pitkulaisia rakenteita, joita havaitaan usein kiekkogalaksien keskiosissa. Kiekot puolestaan koostuvat tähdistä, joiden kiertonopeus keskustan ympäri voi olla jopa 300 km/s. Monissa kiekkogalakseissa on selvästi erottuva keskuspullistuma tai rengasmaisia rakenteita. Tässä tutkimuksessa olemme yksityiskohtaisesti analysoineet sauvoja ja niiden vuorovaikutusta muiden galaksien rakenneosasten kanssa.

Lähiavaruutemme galakseja voidaan pitää fossiileina galaksien miljardeja vuosia kestäneestä kehityksestä. Toisin kuin varhaisessa maailmankaikkeudessa, galaksien kehitys tapahtuu nykyään melko hitaasti ja usein ilman merkittävää vuorovaikutusta ympäristön kanssa. Tällöin sauvat toimivat kehityksen vetureina muuttaen tähtien ja kaasun jakaumaa kiekossa, mikä johtaa kiekon kasvuun. Tämä ilmiö näkyy myös galaksien kehitystä mallintavissa tietokonesimulaatioissa. Tässä tutkimuksessa esitämme uutta havaintoaineistoa koskien tasaisesti kehittyviä kiekkogalakseja. Simulaatioiden perusteella on myös esitetty, että myös sauvat kehittyvät tullen pidemmiksi ja selvemmin erottuviksi. Löydämme myös tälle kehityskululle tukea havaintoaineistostamme.

Yksi viime vuosisadan merkittävimmistä tieteellisistä ongelmista on ristiriita galaksien pyörimisnopeuden ja kirkkausjakaumana välillä. Yleisesti hyväksytyn selityksen mukaan suuri osa galaksista koostuu näkymättömästä pimeästä aineesta. Tutkimuksemme mukaan S4G-otoksen galaksit sisältävät runsaasti pimeää materiaa, joka on läheisessä vuorovaikutuksessa tähdistä koostuvien kiekkojen kanssa.

Väitöskirjatutkimus on suoritettu DAGAL-tohtorikoulutusverkostossa (Detailed Anatomy of GALaxies; EU FP7 Marie Curie Actions, sopimusnumero PITN-GA-2011-289313)

The PhD study has been conducted as part of DAGAL doctoral training network (Detailed Anatomy of GALaxies; EU FP7 Marie Curie Actions, grant agreement PITN-GA-2011-289313)