Bibliotek med galaksehistorier rekonstrueret ud fra stjerners bevægelser

Ligesom solen bevæger sig inden for Mælkevejen, alle stjerner i galakser bevæger sig, men med meget forskellige baner. Nogle af stjernerne har stærke rotationer, mens andre kan bevæge sig tilfældigt uden tydelig rotation. Sammenligning af andelen af ​​stjerner i forskellige baner, forskere kan bestemme, hvordan galakser dannes og udvikler sig. Et internationalt hold af astronomer har direkte udledt, for første gang, orbitalfordelingen af ​​en galakseprøve, der indeholder mere end 300 galakser i lokaluniverset. Resultaterne, udgivet i Natur Astronomi , er baseret på CALIFA-undersøgelsen, et projekt udviklet ved Calar Alto Observatory og udtænkt fra Institute of Astrophysics of Andalusia (IAA-CSIC).

Galakser er de største strukturer i universet, og videnskabsmænd studerer, hvordan de udvikler sig for at forstå universets historie. Galaksedannelse indebærer den hierarkiske samling af glorier af mørkt stof, sammen med kondensering af normalt stof i glorernes centrum, hvor stjernedannelse finder sted. Stjerner, der er dannet af en fast, tynd gasskive og derefter levet gennem dynamiske hvileperioder vil præsentere næsten cirkulære baner, mens stjerner med tilfældige bevægelser er resultatet af turbulente miljøer, enten ved fødslen eller senere, med galaktiske fusioner.

Dermed, stjernernes bevægelser i en galakse er som en historiebog, registrerer oplysningerne om deres fødsels- og vækstmiljø, som kan afsløre, hvordan galaksen blev dannet. "Imidlertid, bevægelsen af ​​hver enkelt stjerne er ikke direkte observerbar i eksterne galakser. Eksterne galakser projiceres på observationsplanet som et billede, og vi kan ikke opløse de diskrete stjerner i det, " siger Ling Zhu, forsker fra Max Planck Institute for Astronomy, der leder undersøgelsen. "CALIFA-undersøgelsen bruger en nyligt udviklet teknik, integral feltspektroskopi, som kan observere de ydre galakser på en sådan måde, at det giver stjerners overordnede bevægelse. Dermed, vi kan få kinematiske kort over hver galakse."

Forskerne bygger derefter modeller for hver galakse ved at overlejre stjerner på forskellige typer baner. Ved at begrænse modellen med det observerede billede og kinematiske kort, de kan finde ud af mængden af ​​stjerner, der bevæger sig på forskellige baner i hver galakse. De kalder det stjernekredsløbsfordelingen, og for denne undersøgelse, teamet har bygget modeller til 300 galakser, der er repræsentative for de generelle egenskaber ved galakser i lokaluniverset.

Kortene viser ændringer i galaktisk kredsløbsfordeling afhængigt af galaksernes samlede stjernemasse. De ordnede roterende baner er mest fremtrædende i galakser med samlede stjernemasser på 10 milliarder solmasser, og mindst vigtigt for de mest massive. Tilfældige bevægelsesbaner dominerer ikke overraskende de mest massive galakser (mere end 100 milliarder solmasser). "Dette er den første kredsløbsbaserede massesekvens på tværs af alle morfologiske typer. Den inkluderer blomstrende information om en galakses fortid, dybest set om det havde været en stille række af kun mindre fusioner eller formet af en voldsom stor fusion. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at forstå detaljerne, " siger Glenn van de Ven (ESO).

Forskerne havde fundet en ny og præcis metode til at aflæse en galakses historie – og deres undersøgelse med dens datasæt for 300 galakser viste sig at være det største eksisterende bibliotek af galaksehistoriebøger.

"Dette arbejde fremhæver vigtigheden af ​​integral feltspektroskopi og, i særdeleshed, af store undersøgelser såsom CALIFA-projektet. Det væsentlige bidrag fra det, vi kalder 'varme' baner, en blanding af rotation og tilfældige bevægelser af stjernekomponenten, udgør vigtige udfordringer for kosmologiske modeller for galaksedannelse og evolution, " siger Rubén García Benito, en forsker ved Institut for Astrofysik i Andalusien (IAA-CSIC), der deltager i projektet.

CALIFAs resultater repræsenterer en observationsbestemt banefordeling af galakser i nutidens univers. De egner sig således til direkte sammenligning med prøver af kosmologiske simuleringer af galakser i en kosmologisk kontekst. I denne forstand, disse resultater åbner et nyt vindue til at sammenligne galaksesimuleringer med den observerede galaksepopulation i det nuværende univers.