Gaia ser stjerner, der flyver mellem galakser

Et hold Leiden-astronomer brugte det seneste sæt data fra ESA's Gaia-mission til at lede efter højhastighedsstjerner, der blev smidt ud af Mælkevejen, men blev overrasket over at finde stjerner i stedet for at spurte indad - måske fra en anden galakse.

I april, ESA's stjernemåler Gaia udgav et hidtil uset katalog med mere end én milliard stjerner. Astronomer over hele verden har arbejdet uophørligt i løbet af de sidste par måneder for at udforske dette ekstraordinære datasæt, granskning af stjerners egenskaber og bevægelser i vores galakse og videre med aldrig før opnået præcision, giver anledning til et væld af nye og spændende undersøgelser.

Mælkevejen indeholder over hundrede milliarder stjerner. De fleste er placeret i en disk med en tæt, svulmende centrum, i midten af ​​hvilket er et supermassivt sort hul. Resten er spredt ud i en meget større sfærisk glorie. Stjerner kredser rundt om Mælkevejen med hundredvis af kilometer i sekundet, og deres bevægelser indeholder et væld af oplysninger om galaksens tidligere historie. Den hurtigste klasse af stjerner i vores galakse kaldes hyperhastighedsstjerner, som menes at starte deres liv nær det galaktiske centrum for senere at blive slynget mod kanten af ​​Mælkevejen via interaktioner med det sorte hul.

Kun et lille antal hyperhastighedsstjerner er nogensinde blevet opdaget, og Gaias nyligt offentliggjorte anden dataudgivelse giver en unik mulighed for at lede efter flere af dem. Flere grupper af astronomer hoppede ind i det helt nye datasæt på jagt efter hyperhastighedsstjerner umiddelbart efter udgivelsen. Blandt dem, tre videnskabsmænd ved Leiden Universitet ventede sig en stor overraskelse.

For 1,3 milliarder stjerner, Gaia målte positioner, parallakser – en indikator for deres afstand – og 2-D bevægelser på himlens plan. For syv millioner af de klogeste, det målte også, hvor hurtigt de bevæger sig mod eller væk fra os. "Af de syv millioner Gaia-stjerner med fuld 3D-hastighedsmålinger, vi fandt tyve, der kunne rejse hurtigt nok til til sidst at flygte fra Mælkevejen, " forklarer Elena Maria Rossi, en af ​​forfatterne til den nye undersøgelse.

Elena og kolleger, som allerede havde opdaget en håndfuld hyperhastighedsstjerner sidste år i en sonderende undersøgelse baseret på data fra Gaias første udgivelse, blev positivt overrasket, da de håbede på at finde højst én stjerne, der brød løs fra galaksen blandt disse syv millioner. Og der er mere. "I stedet for at flyve væk fra det galaktiske centrum, de fleste af de højhastighedsstjerner, vi så, ser ud til at løbe mod den, " tilføjer medforfatter Tommaso Marchetti. "Dette kunne være stjerner fra en anden galakse, zoomer lige gennem Mælkevejen."

Det er muligt, at disse intergalaktiske indgribere kommer fra den store magellanske sky, en relativt lille galakse, der kredser om Mælkevejen, eller de kan stamme fra en galakse endnu længere væk. Hvis det er tilfældet, de bærer aftryk af deres oprindelsessted, og at studere dem på meget tættere afstande end deres modergalakse kunne give hidtil uset information om karakteren af ​​stjerner i en anden galakse - på en måde svarende til at studere marsmateriale bragt til vores planet af meteoritter.

"Stjerner kan accelereres til høje hastigheder, når de interagerer med et supermassivt sort hul, " Elena forklarer. "Så tilstedeværelsen af ​​disse stjerner kan være et tegn på sådanne sorte huller i nærliggende galakser. Men stjernerne kan også engang have været en del af et binært system, slynget mod Mælkevejen, da deres ledsagerstjerne eksploderede som en supernova. På den ene eller anden måde, at studere dem kunne fortælle os mere om den slags processer i nærliggende galakser."

En alternativ forklaring er, at de nyligt identificerede spurtstjerner kunne være hjemmehørende i vores galakses glorie, accelereret og skubbet indad gennem interaktioner med en af ​​de dværggalakser, der faldt mod Mælkevejen under dens opbygningshistorie. Yderligere oplysninger om stjernernes alder og sammensætning kunne hjælpe astronomerne med at afklare deres oprindelse. "En stjerne fra Mælkevejens halo er sandsynligvis ret gammel og for det meste lavet af brint, hvorimod stjerner fra andre galakser kunne indeholde mange tungere grundstoffer, " siger Tommaso. "At se på stjernernes farver fortæller os mere om, hvad de er lavet af."

Nye data vil hjælpe med at fastlægge arten og oprindelsen af ​​disse stjerner med mere sikkerhed, og holdet vil bruge jordbaserede teleskoper til at finde ud af mere om dem. I mellemtiden, Gaia fortsætter med at observere den fulde himmel, inklusive stjernerne analyseret i denne undersøgelse. Mens vi undersøger arten af ​​disse mulige stjerneinterlopers, holdet er også i gang med at grave i det fulde datasæt fra Gaias anden udgivelse, leder efter flere højhastighedsstjerner og ser frem til fremtiden. Mindst to yderligere Gaia-dataudgivelser er planlagt i 2020'erne, og hver vil give både mere præcis og ny information om et større sæt stjerner.

"Vi forventer til sidst fuld 3-D hastighedsmålinger for op til 150 millioner stjerner, " forklarer medforfatter Anthony Brown, formand for Gaia Data Processing and Analysis Consortium Executive. "Dette vil hjælpe med at finde hundreder eller tusinder af hyperhastighedsstjerner, forstå deres oprindelse meget mere detaljeret, og bruge dem til at undersøge det galaktiske centermiljø såvel som historien om vores galakse, " tilføjer han. "Dette spændende resultat viser, at Gaia er en sand opdagelsesmaskine, danner grundlaget for helt uventede opdagelser om vores galakse, " slutter Timo Prusti, Gaia-projektforsker ved ESA.