Stjerne-skælvsvibrationer fører til et nyt skøn for Mælkevejens alder

Data indsamlet af NASAs nu hedengangne ​​Kepler-teleskop giver en løsning på et astronomisk mysterium.

Stjerneskælv optaget af NASAs Kepler-rumteleskop har hjulpet med at besvare et mangeårigt spørgsmål om alderen på Mælkevejens "tykke skive".

I et papir offentliggjort i tidsskriftet Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , et hold af 38 videnskabsmænd ledet af forskere fra Australiens ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in Three Dimensions (ASTRO-3-D) bruger data fra den nu hedengangne ​​sonde til at beregne, at skiven er omkring 10 milliarder år gammel.

"Dette fund opklarer et mysterium, " siger hovedforfatter Dr. Sanjib Sharma fra ASTRO-3-D og Australiens University of Sydney.

"Tidligere data om aldersfordelingen af ​​stjerner på disken stemte ikke overens med de modeller, der blev konstrueret til at beskrive det, men ingen vidste, hvor fejlen lå – i dataene eller modellerne. Nu er vi ret sikre på, at vi har fundet det."

Mælkevejen – som mange andre spiralgalakser – består af to skive-lignende strukturer, kendt som tyk og tynd. Den tykke skive indeholder kun omkring 20 procent af galaksens samlede stjerner, og, baseret på dens vertikale hævelse og sammensætning, menes at være den ældste af parret.

For at finde ud af, hvor meget ældre, Dr. Sharma og kolleger brugte en metode kendt som asteroseismologi - en måde at identificere stjerners indre strukturer ved at måle deres svingninger fra stjerneskælv.

"Skælvene genererer lydbølger inde i stjernerne, der får dem til at ringe, eller vibrere, " forklarer medforfatter lektor Dennis Stello fra ASTRO-3-D og University of New South Wales.

"De producerede frekvenser fortæller os ting om stjernernes indre egenskaber, inklusive deres alder. Det er lidt ligesom at identificere en violin som en Stradivarius ved at lytte til den lyd, den laver."

Denne aldersdatering gør det muligt for forskere i det væsentlige at se tilbage i tiden og skelne perioden i universets historie, hvor Mælkevejen blev dannet; en praksis kendt som galaktisk-arkæologi.

Ikke at forskerne faktisk hører lyden genereret af stjerneskælv. I stedet, de leder efter, hvordan den indre bevægelse afspejles i ændringer i lysstyrken.

"Stjerner er kun sfæriske instrumenter fulde af gas, " siger Sharma, "men deres vibrationer er små, så vi skal se meget grundigt efter.

"De udsøgte lysstyrkemålinger foretaget af Kepler var ideelle til det. Teleskopet var så følsomt, at det ville have været i stand til at registrere dæmpningen af ​​en billygte, når en loppe gik hen over den."

De data, som teleskopet leverede i løbet af de fire år, efter det blev opsendt i 2009, udgjorde et problem for astronomer. Oplysningerne tydede på, at der var flere yngre stjerner i den tykke skive, end modeller forudsagde.

Spørgsmålet, som videnskabsmænd stod overfor, var skarpt:var modellerne forkerte, eller var dataene ufuldstændige?

I 2013 imidlertid, Kepler brød sammen, og NASA omprogrammerede det til at fortsætte med at arbejde på en reduceret kapacitet - en periode, der blev kendt som K2-missionen. Projektet indebar at observere mange forskellige dele af himlen i 80 dage ad gangen.

Den første rate af disse data repræsenterede en rig ny kilde for Dr. Sharma og kolleger fra Macquarie University, Australian National University, University of New South Wales og University of Western Australia. De fik følgeskab i deres analyse af andre fra institutioner i USA, Tyskland, Østrig, Italien, Danmark, Slovenien og Sverige.

En ny spektroskopisk analyse afslørede, at den kemiske sammensætning inkorporeret i de eksisterende modeller for stjerner i den tykke skive var forkert, hvilket påvirkede forudsigelsen af ​​deres alder. Tager man dette i betragtning, forskerne fandt, at de observerede asteroseismiske data nu faldt i "fremragende overensstemmelse" med modelforudsigelser.

Resultaterne giver en stærk indirekte verifikation af asteroseismologiens analytiske kraft til at estimere alder, siger professor Stello.

Han tilføjede, at yderligere data stadig skal analyseres fra K2, kombineret med ny information indsamlet af NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), vil resultere i nøjagtige skøn for alderen for endnu flere stjerner på skiven, og dette vil hjælpe os med at optrevle Mælkevejens dannelseshistorie.