Hvordan finder man en stjernehob? Let, tæl simpelthen stjernerne

I de sidste år af det 18. århundrede, astronomerne William og Caroline Herschel begyndte at tælle stjerner. William kaldte teknikken "stjernemåling", og hans mål var at bestemme formen på vores galakse.

Lige siden 1609, da Galileo løftede sit teleskop til det tågede lysstykke kendt som Mælkevejen og så, at det var sammensat af utallige svage stjerner, hvis lys alt sammen slørede, vi har vidst, at der er forskellige antal stjerner i forskellige retninger i hele rummet. Det betyder, at vores lokale samling af stjerner, galaksen, skal have en form. Herschel satte sig for at finde ud af, hvad den form var.

Han brugte et stort teleskop, tyve fod (610 cm) i længden, monteret mellem høje trærammer for at feje en stor cirkel ud på himlen, der passerede gennem Mælkevejen i rette vinkler. Han opdelte derefter denne cirkel i mere end 600 områder og talte eller estimerede antallet af stjerner i hver.

Med denne enkle teknik producerede Herschels det første formestimat for galaksen. Spol frem til det 21. århundrede, og nu bruger forskere stjernetællinger til at søge efter skjulte stjernehobe og satellitgalakser. De leder efter områder, hvor tætheden af ​​stjerner stiger højere end forventet. Disse pletter kaldes stjernernes overdensiteter.

Tilbage i 1785, Herschels cirkulære spor passerede tæt på den klareste stjerne på nattehimlen Sirius. Nu, videnskabsmænd, der udvinder de første data frigivet fra ESA-rumfartøjet Gaia, har genbesøgt det særlige område af himlen og gjort en bemærkelsesværdig opdagelse.

De har afsløret en stor stjernehob, der kunne være blevet opdaget for mere end halvandet århundrede siden, hvis den ikke havde været så tæt på Sirius.

Klyngen blev opdaget af Sergey E. Koposov, derefter på University of Cambridge (UK) og nu på Carnegie Mellon University Pennsylvania (USA), og hans kolleger. De har ledt efter stjernehobe og satellitgalakser i forskellige undersøgelser i det sidste årti. Det var naturligt for dem at gøre dette med Gaia-missionens første dataudgivelse.

Gaia er Den Europæiske Rumorganisations astrometriske mission. Indsamling af stillinger, lysstyrker og yderligere information for mere end en milliard lyskilder, dens data tillader intet mindre end den mest præcise 'stjernemåling' nogensinde.

I disse dage udføres den besværlige opgave med at tælle stjernerne af computere, men resultaterne skal stadig granskes af mennesker. Koposov var ved at finkæmme listen over over-densiteter, da han så den massive klynge. Først virkede det for godt til at være sandt.

"Jeg troede, det måtte være en artefakt relateret til Sirius, " siger han. Lyse stjerner kan skabe falske signaler, kaldet artefakter, at astronomer skal passe på ikke at tage fejl af stjerner. Et tidligt papir fra Gaia-teamet havde endda diskuteret artefakter omkring Sirius ved hjælp af en nærliggende del af himlen til den, Koposov så på.

Selvom han gik videre og fandt en anden over-densitet, der så lovende ud, hans sind blev ved med at ville vende tilbage til den første. "Jeg troede, 'Det er underligt, vi skulle ikke have så mange artefakter fra Sirius.' Så jeg gik og kiggede på den igen. Og jeg indså, at det også var et ægte objekt, " han siger.

Disse to objekter blev navngivet:Gaia 1 for objektet placeret nær Sirius, og Gaia 2, som er tæt på planet af vores galakse, og begge blev behørigt offentliggjort. Især Gaia 1 indeholder nok masse til at lave et par tusinde stjerner som Solen, ligger 15 tusind lysår væk, og spredt ud over 30 lysår. Det betyder, at det er en massiv stjernehob.

Samlinger af stjerner som Gaia 1 kaldes åbne hobe. De er familier af stjerner, der alle dannes sammen og derefter gradvist spredes omkring galaksen. Vores egen sol er meget sandsynligt dannet i en åben klynge. Sådanne samlinger kan fortælle os om stjernedannelseshistorien for vores galakse. At finde en ny, der let kan studeres, giver allerede udbytte.

"Alder er af stor interesse, " siger Jeffrey Simpson, Australian Astronomical Observatory, som udførte opfølgende observationer med kolleger ved hjælp af det 4-meter-klasse anglo-australske teleskop ved Siding Springs Observatory, Australien.

Identifikation af 41 medlemmer af klyngen, Simpson og kolleger fandt ud af, at Gaia 1 er usædvanlig på mindst to måder. For det første, den er omkring 3 milliarder år gammel. Det er mærkeligt, fordi der ikke er mange klynger med denne alder i Mælkevejen.

Typisk er klynger enten yngre end et par hundrede millioner år – det er de åbne klynger – eller ældre end 10 milliarder år – disse er en særskilt klasse kaldet kuglehobe, som findes ud over hovedmassen af ​​stjerner i vores galakse. At være i middelalderen, Gaia 1 kan repræsentere en vigtig bro i vores forståelse mellem de to befolkninger.

For det andet dens kredsløb gennem galaksen er usædvanlig. De fleste åbne klynger ligger tæt på galaksens plan, men Simpson fandt ud af, at Gaia 1 flyver højt over den, før den dukker ned og passerer nedenunder. "Det kan gå så meget som en kiloparsec (mere end 3000 lysår) over og under flyet, " siger han. Omkring 90 % af klyngerne går aldrig mere end en tredjedel af denne afstand.

Simuleringer af klynger med baner som Gaia 1 viser, at de er strippet for stjerner og spredt af disse højhastigheds 'planpassager'. Det sætter det i modstrid med aldersvurderingen.

"Vores konstatering af, at Gaia 1 er tre milliarder år gammel, er mærkværdig, da modellerne ville have, at den ikke ville overleve nær så længe. Mere forskning er nødvendig for at forsøge at forene dette, " siger Simpson.

For at teste en mulig forklaring, Alessio Mucciarelli, Universita' degli Studi di Bologna, Italien og kolleger undersøgte den kemiske sammensætning af Gaia 1. En sådan undersøgelse har evnen til at se, om klyngen er dannet uden for galaksen og er blevet fanget i færd med at falde i.

"Stjernernes kemiske sammensætning kan betragtes som en 'genetisk' signatur af deres oprindelse. Hvis en stjernehob blev dannet i en anden galakse, dens kemiske sammensætning vil være anderledes i forhold til vores galakse, " siger Mucciarelli.

De fandt ud af, at kompositionerne var praktisk talt identiske med dem, der forventedes, hvis Gaia 1 blev dannet i Mælkevejen - så puslespillet forbliver.

Nu håber Mucciarelli, at uoverensstemmelsen måske forsvinder, når Gaia frigiver flere data. "Selv om orbitalparametrene synes at antyde en ejendommelig bane, deres usikkerhed er stor nok til at forhindre enhver fast konklusion. Mere nøjagtige orbitalparametre vil blive opnået med den anden Gaia-dataudgivelse, og vi vil bedre forstå, om Gaia 1's kredsløb er ejendommelig eller ej, " han siger.

Udover at finde nye klynger, Gaia-dataene har vist sig nyttige til at tjekke virkeligheden af ​​tidligere rapporterede sammenslutninger af stjerner. "Ved at bruge Gaia-data kan jeg se stjerner, der deler den samme bevægelse. Så jeg kan bekræfte, hvilke der danner rigtige åbne klynger, " siger Andrés E. Piatti, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Argentina.

Han offentliggjorde for nylig en undersøgelse, der viste, at ti ud af femten tidligere offentliggjorte åbne hobe slet ikke var stjernehobe. de var blot statistiske skud, hvor en masse ubeslægtede stjerner tilfældigvis passerede i forskellige retninger gennem det samme område i rummet.

Det er besværligt, men livsvigtigt arbejde. "Ingen ønsker at bruge deres liv på at gøre dette, " siger Piatti, "men det er nødvendigt. Hvis vi kan bestemme den reelle størrelse af klyngepopulationen, kan vi lære meget om de processer, som galaksen har lidt i løbet af sin levetid."

I astronomi, den mest berømte liste over stjernehobe, stjernetåger og galakser blev kompileret af astronom og kometjæger, Charles Messier, i det 18. århundrede. Uvidende om vigtigheden af ​​disse genstande, han designede sit katalog for at stoppe den frustration, som ham og andre astronomer følte, da han forvekslede et af disse 'dybe himmelobjekter' for en nærliggende komet.

Det originale katalog løb til 110 genstande. Hvis det ikke havde været for blændingen fra Sirius, der slørede udsynet, Gaia 1 ville have været lys og indlysende nok til også at være kommet på den liste. Og der er al mulig grund til at tro, at der er flere på vej, tak til Gaia.

Den næste dataudgivelse vil give nøjagtige korrekte bevægelser og afstande til et hidtil uset antal stjerner, som kan bruges til mere effektivt at finde stjernehobe, der var begravet for dybt i stjernefeltet eller var for diffuse eller for fjerne til at kunne ses før.

Der er også altid mulighed for at finde noget helt nyt. "Jeg håber, at vi med den næste dataudgivelse også kan finde nogle nye klasser af objekter, " siger Simpson.

For astronomerne klar til at udforske Gaia-dataene, eventyret er kun lige begyndt. Gaias anden dataudgivelse er planlagt til april 2018. Efterfølgende dataudgivelser er planlagt til 2020 og 2022.