Astronomer udvikler nyt værktøj til at finde fusionerende galakser

I dag, ved det 233. AAS-møde i Seattle, astronomer fra Sloan Digital Sky Survey (SDSS) annoncerer, at de har udviklet et nyt værktøj til at finde ellers skjulte galaksefusioner i data fra Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory (MaNGA) undersøgelse af SDSS. Disse resultater viser, at ved at gå ud over simple søgninger efter flettede galakser baseret på, hvordan de ser ud, astronomer vil nu kunne finde flere galaksefusioner end nogensinde før.

"Sammensmeltende galakser er nøglen til at forstå galakseudviklingen, men det kan være svært at finde dem, " siger Rebecca Nevin fra University of Colorado, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. Nevin præsenterer dette arbejde i denne uge som en afhandlingsforedrag, da det dannede grundlag for hendes ph.d. afhandling ved Colorado med professor Julie Comerford.

Et par fusionerende galakser er en af ​​de smukkeste seværdigheder i astronomi, med gigantiske tidevandsstrømme af stjerner og usædvanlige former, der nogle gange ligner dyr (f.eks. Antennerne, mus, Haletuds, eller pingvingalakser). Imidlertid, disse smukke synlige træk er synlige findes kun i en lille brøkdel af fusionerende galakser – og selv da kun i en lille del af de milliarder af år, det tager for to galakser at smelte sammen til én. Nogle galakser, der ellers ser "normale ud", kan stadig være i gang med at smelte sammen.

Astronomer har udviklet en måde at finde disse skjulte fusioner på. De skabte en metode, der bruger simuleringer af fusionerende galakser til at forudsige både, hvordan fusionerne ville se ud, og hvordan stjernerne i galakserne ville bevæge sig. Ved at sammenligne deres resultater med observationer af galakser fra SDSS's Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory (MaNGA) undersøgelse, astronomer vil være i stand til at gøre det meget bedre til at identificere fusionerende galakser i naturen.

"Disse simuleringer giver os mulighed for at forudsige de mere subtile tegn på sammensmeltning af galakser, så vi kan finde fusioner i SDSS-data, der tidligere var skjult, " forklarer Laura Blecha (University of Florida), endnu et nøglemedlem i teamet.

Hvad holdet præsenterer i dag er den del af deres metode, der analyserer galaksebilleder. De har i det væsentlige lavet et galaktisk fotoalbum, inklusive billeder af galakser i alle stadier af sammensmeltning. I fortiden, astronomernes "fotoalbum" af galaksefusioner var sparsomme, inklusive kun galakser i fusionsstadiet, hvor de lignede spektakulære fusioner.

"I dag, det ville være helt utænkeligt kun at tage en eller to selfies hvert år, " sagde Nevin. "Vi har moderniseret galaksefusionsfotoalbummet - nu er det som at tage en galaksefusions-selfie om dagen i årevis."

Astronomerne planlægger at gøre disse omfattende fotoalbum offentligt tilgængelige for alle. Astronomer vil bruge dem til at studere, hvordan galakser ændrer sig, når de gennemgår fusioner.

Teamets arbejde hidtil er allerede et kæmpe skridt fremad i fusionsidentifikation, men de tager allerede det næste skridt. De er allerede begyndt at indarbejde data om, hvordan stjernerne bevæger sig i galakserne fra SDSS MaNGA-undersøgelsen. Dette vil give holdet mulighed for at identificere endnu flere fusioner – dem, hvor galaksen ser helt "normal ud".

Nøglen til denne nye analyse er at inkorporere data fra MaNGA om, hvordan stjerner i galakser bevæger sig. "Ved at gå ud over billeder alene og inkorporere stjernernes kinematik, vi vil finde mange flere fusionerende galakser, " siger Karen Masters fra Haverford College, talsmand for SDSS. "Vi vil være i stand til at lære, hvordan fusionsprocessen påvirker, hvordan galakser i vores univers udvikler sig."

Disse stjernernes kinematik er afsløret i kortene skabt af SDSS's MaNGA-undersøgelse. Fordi de spektre, som MaNGA observerer, kommer fra lyset fra alle stjernerne i en bestemt del af en galakse, stjerner, spektrene er lidt forskudt af Doppler-effekten – blåforskydet for de dele af en galakse, der bevæger sig mod Jorden, og rødforskudt for de dele, der bevæger sig væk fra Jorden. Disse subtile skift afslører, hvordan stjernerne bevæger sig rundt i galaksen.

Når galakser smelter sammen, stjernerne i dem støder næsten aldrig sammen, men de bliver kastet rundt, skabe dramatiske forvrængninger i mønsteret af, hvordan stjerner bevæger sig rundt i galaksen – mønstre, som astronomer omtaler som "stjernekinematik." I en typisk, ikke-sammensmeltende spiralgalakse, stjernerne roterer på en enkel, forudsigeligt mønster. Men hvis sådan en galakse gennemgår en fusion, det simple mønster bliver kaotisk, skabe vilde (men forudsigelige) arrangementer af stjernernes bevægelse. Når en galakses mønstre af stjernernes bevægelse er blevet forvrænget af en fusion, stjernernes kinematikdata fra MaNGA giver direkte beviser for fusionen. Nevins hold, som omfatter astronomer fra University of Colorado Boulder, University of Florida, og Princeton University, begynder at tilføje stjernernes kinematikdata til deres arbejde.

"I takt med at vi forbedrer vores maskinlæringsalgoritmer for at inkorporere stjernekinematik af fusionerende galakser, vi er i stand til at identificere forskellige stadier af fusionen. Forstyrrelserne i stjernerne kan vare længere end at afbilde signaturer af en fusion som svage tidevandshaler, som falmer meget hurtigere. Det betyder, at vi kan identificere senere stadier i fusionen, når galakserne i billeddannelsen ligner normale galakser. Dette er en stærk ny teknik i studiet af fusionerende galakser."

At forstå fusioner er ikke kun vigtigt for astronomer som Nevins team; denne forståelse kan hjælpe os med at forudsige fremtiden for vores egen galakse. Mælkevejen vil smelte sammen med de store og små magellanske skyer om cirka 2,5 milliarder år - og forventes derefter at smelte sammen med den meget mere massive Andromeda-galakse om fem milliarder år, kombineres til en enkelt supergalakse, som nogle døber "Milkdromeda". Denne begivenhed kan kaste Solen ud af galaksen, men det vil ikke betyde noget for fremtidige indbyggere på Jorden, som vil være blevet slugt af Solen, da den bliver til en rød kæmpestjerne på omtrent samme tidspunkt. Men måske vil vores efterkommere selv se dette, når de rejser blandt stjernerne.