Stjerner omkring Mælkevejen:Kosmiske rumangribere eller ofre for galaktisk udsættelse?

Astronomer har undersøgt en lille population af stjerner i haloen af ​​Mælkevejsgalaksen, finde dens kemiske sammensætning tæt på den galaktiske skive. Denne lighed giver overbevisende beviser på, at disse stjerner er opstået inde fra skiven, snarere end fra fusionerede dværggalakser. Årsagen til denne stjernevandring menes at være teoretisk foreslåede svingninger af Mælkevejsskiven som helhed, induceret af tidevandsinteraktionen mellem Mælkevejen og en forbipasserende massiv satellitgalakse.

Hvis nogen fra det ydre rum vil kontakte dig via "space mail", din kosmiske adresse ville omfatte flere linjer inklusive "Jorden", "Solsystem", "Orion Spiral Arm" og "Milky Way Galaxy". Denne position i vores hjemmegalakse giver os et sæde på forreste række til at udforske, hvad der sker i sådan en galakse.

Imidlertid, vores indre perspektiv giver nogle udfordringer i vores søgen efter at forstå det - for eksempel for at skitsere dets form og omfang. Og endnu et problem er tiden:Hvordan kan vi fortolke galaktisk evolution, hvis vores egen levetid (og vores teleskopers) er langt mindre end blinket med det kosmiske øje?

I dag, vi har et ret klart billede af Mælkevejens brede egenskaber, og hvordan den passer ind blandt andre galakser i universet. Astronomer klassificerer det som et ret gennemsnitligt, stor spiralgalakse med størstedelen af ​​dens stjerner, der kredser om dens centrum inden for en skive, og en afstøvning af stjerner ud over det, der kredser i den galaktiske glorie.

Disse gloriestjerner ser ikke ud til at være tilfældigt fordelt i haloen - i stedet er mange grupperet sammen i gigantiske strukturer - enorme strømme og skyer (eller overdensiteter) af stjerner, nogle helt omkranser Mælkevejen. Disse strukturer er blevet fortolket som signaturer af Mælkevejens tumultariske fortid - affald fra gravitationsafbrydelsen af ​​de mange mindre galakser, der menes at have invaderet vores galakse i fortiden.

Forskere har forsøgt at lære mere om denne voldsomme historie om Mælkevejen ved at se på egenskaberne af stjernerne i det efterladte affald - deres positioner og bevægelser kan give os fingerpeg om angriberens oprindelige vej, mens de typer stjerner, de indeholder, og de kemiske sammensætninger af disse stjerner kan fortælle os noget om, hvordan den længe døde galakse kunne have set ud.

Et internationalt hold af astronomer ledet af Dr. Maria Bergemann fra Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg fandt nu overbevisende beviser på, at nogle af disse halostrukturer måske ikke er rester fra invaderende galakser, men snarere stammer fra selve Mælkevejens skive!

Forskerne undersøgte 14 stjerner placeret i to forskellige strukturer i den galaktiske glorie, Triangulum-Andromeda (Tri-And) og A13 stjerneoverdensiteterne, som ligger på modsatte sider af det galaktiske skiveplan. Tidligere undersøgelser af bevægelse af disse to diffuse strukturer afslørede, at de er kinematisk forbundet og kan være relateret til Monoceros-ringen, en ringlignende struktur, der snoer sig rundt om galaksen. Imidlertid, arten og oprindelsen af ​​disse to stjernestrukturer var stadig ikke endeligt afklaret. Positionen af ​​de to stjerneoverdensiteter kunne bestemmes som hver liggende omkring 5 kiloparsec (14000 lysår) over og under det galaktiske plan som vist i figur 1 (se billede).

Bergemann og hendes team, for første gang, præsenterede nu detaljerede kemiske overflodsmønstre af disse stjerner, opnået med højopløsningsspektre taget med Keck og VLT (Very Large Telescope, ESO) teleskoper. "Analysen af ​​kemiske mængder er en meget kraftfuld test, som tillader, på en måde, der ligner DNA-matchningen, at identificere forældrepopulationen af ​​stjernen. Forskellige forældrepopulationer, såsom Mælkevejsskiven eller glorie, dværg satellitgalakser eller kuglehobe, er kendt for at have radikalt forskellige kemiske sammensætninger. Så når vi først ved, hvad stjernerne er lavet af, vi kan straks knytte dem til deres forældrepopulationer." forklarer Bergemann.

Når man sammenligner disse stjerners kemiske sammensætning med dem, der findes i andre kosmiske strukturer, forskerne var overraskede over at opdage, at de kemiske sammensætninger er næsten identiske, både inden for og mellem disse grupper, og matcher tæt overflodsmønstrene for Mælkevejens skivestjerner. Dette giver overbevisende beviser for, at disse stjerner højst sandsynligt stammer fra den galaktiske tynde skive (den yngre del af Mælkevejen, koncentreret mod selve det galaktiske plan), snarere at være affald fra invasive galakser!

Men hvordan kom stjernerne til disse ekstreme positioner over og under den galaktiske skive? Teoretiske beregninger af udviklingen af ​​Mælkevejsgalaksen forudsiger, at dette vil ske, med stjerner, der flyttes til store lodrette afstande fra deres fødested i skiveplanet. Denne "migration" af stjerner er teoretisk forklaret af skivens svingninger som helhed. Den foretrukne forklaring på disse svingninger er tidevandsinteraktionen mellem Mælkevejens mørkt stof-halo og dens skive med en forbipasserende massiv satellitgalakse.

Resultaterne offentliggjort i tidsskriftet Natur af Bergemann og hendes kolleger giver nu det klareste bevis for disse svingninger af Mælkevejens skive opnået hidtil!

Disse resultater er meget spændende, da de indikerer, at Mælkevejsgalaksens disk og dens dynamik er væsentligt mere kompleks end hidtil antaget. "Vi viste, at det kan være ret almindeligt, at grupper af stjerner på skiven flyttes til fjernere riger i Mælkevejen - efter at de er blevet 'smidt ud' af en invaderende satellitgalakse. Lignende kemiske mønstre kan også findes i andre galakser - hvilket indikerer en potentiel galaktisk universalitet af denne dynamiske proces." sagde Allyson Shefield, PhD, lektor i fysik ved LaGuardia Community College/CUNY, en medforfatter på undersøgelsen.

Som et næste skridt, astronomerne planlægger at analysere spektrene af andre stjerner både i de to overdensiteter, samt stjerner i andre stjernestrukturer længere væk fra skiven. De er også meget opsatte på at få masser og aldre af disse stjerner for at begrænse tidsgrænserne, når denne interaktion mellem Mælkevejen og en dværggalakse fandt sted.

"Vi forventer, at igangværende og fremtidige undersøgelser som 4MOST og Gaia vil give unik information om kemisk sammensætning og kinematik af stjerner i disse overdensiteter. De to strukturer, vi allerede har analyseret, er, i vores fortolkning, forbundet med store svingninger af disken, induceret af et samspil mellem Mælkevejen og en dværggalakse. Gaia kan have potentialet til at se sammenhængen mellem de to strukturer, viser det fulde mønster af korrugeringer i den galaktiske skive", siger Bergemann, som også er en del af Collaborative Research Center SFB 881 "The Milky Way System", placeret på Heidelberg Universitet.