Ud over randen, Sombrero Galaxys glorie antyder turbulent fortid

Overraskende nye data fra NASAs Hubble-rumteleskop tyder på, at det glatte, aflejrede "bryn" af Sombrero-galaksens skive skjuler muligvis en turbulent fortid. Hubbles skarphed og følsomhed løser titusindvis af individuelle stjerner i Sombreroens enorme, udvidet glorie, området ud over en galakses centrale del, typisk lavet af ældre stjerner. Disse seneste observationer af Sombreroen vender konventionel teori på hovedet, viser kun en lille brøkdel af ældre, metalfattige stjerner i glorien, plus en uventet overflod af metalrige stjerner, der typisk kun findes i en galakses disk, og den centrale bule. Tidligere store galaksefusioner er en mulig forklaring, selvom den statelige Sombrero ikke viser noget af det rodede bevis på en nylig fusion af massive galakser.

"Sombreroen har altid været en lidt mærkelig galakse, hvilket er det, der gør det så interessant, " sagde Paul Goudfrooij fra Space Telescope Science Institute (STScI), Baltimore, Maryland. "Hubbles metallicitetsmålinger (dvs. overfloden af ​​tunge grundstoffer i stjernerne) er en anden indikation af, at Sombreroen har meget at lære os om galaksesamling og evolution."

"Hubbles observationer af Sombrero's glorie vender vores generelt accepterede forståelse af galaksesminke og metallicitet på hovedet, " tilføjede medforsker Roger Cohen fra STScI.

Længe en favorit blandt både astronomer og amatører af himlen for sin lyse skønhed og nysgerrige struktur, Sombrero-galaksen (M104) har nu et nyt kapitel i sin mærkelige historie – en udvidet glorie af metalrige stjerner med knap et tegn på de forventede metalfattige stjerner, der er blevet observeret i andre galaksers glorier. Forskere, undrer sig over dataene fra Hubble, henvendte sig til sofistikerede computermodeller for at foreslå forklaringer på den forvirrende inversion af konventionel galaktisk teori. Disse resultater tyder på den lige så overraskende mulighed for store fusioner i galaksens fortid, selvom Sombreroens majestætiske struktur ikke bærer tegn på nylige forstyrrelser. De usædvanlige fund og mulige forklaringer er offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift .

"Fraværet af metalfattige stjerner var en stor overraskelse, " sagde Goudfrooij, "og overfloden af ​​metalrige stjerner tilføjede kun mysteriet."

I en galakses glorie forventer astronomer at finde tidligere generationer af stjerner med mindre tunge grundstoffer, kaldet metaller, sammenlignet med de overfyldte stjernebyer på hovedskiven i en galakse. Elementer skabes gennem stjernernes "livscyklus"-proces, og jo længere en galakse har haft stjerner gennem denne cyklus, jo mere grundstofrig gassen er, og jo højere metallicitet er stjernerne, der dannes af den gas. Disse yngre, stjerner med høj metallicitet findes typisk i galaksens hovedskive, hvor stjernepopulationen er tættere - eller det gælder den konventionelle visdom.

At komplicere fakta er tilstedeværelsen af ​​mange gamle, metalfattige kugleformede stjernehobe. Disse ældre, metalfattige stjerner forventes til sidst at bevæge sig ud af deres hobe og blive en del af den generelle stjerneglorie, men den proces ser ud til at have været ineffektiv i Sombrero-galaksen. Holdet sammenlignede deres resultater med nyere computersimuleringer for at se, hvad der kunne være oprindelsen til sådanne uventede metallicitetsmålinger i galaksens glorie.

Resultaterne modsvarer også forventningerne, hvilket indikerer, at den uforstyrrede Sombrero havde gennemgået en stor tilvækst, eller fusion, begivenheder for milliarder af år siden. I modsætning til vores Mælkevejs galakse, som menes at have opslugt mange små satellitgalakser i såkaldte "mindre" tilvækster gennem milliarder af år, en større fremvækst er sammensmeltningen af ​​to eller flere lignende massive galakser, der er rige på senere generationer, stjerner med højere metallicitet.

Satellitgalakserne indeholdt kun stjerner med lav metallicitet, der stort set var brint og helium fra big bang. Tyngre grundstoffer skulle koges op i stjernernes indre gennem nukleosyntese og inkorporeres i senere generations stjerner. Denne proces var ret ineffektiv i dværggalakser som dem omkring vores Mælkevej, og mere effektiv i større, mere udviklede galakser.

Resultaterne for Sombrero er overraskende, fordi dens glatte skive ikke viser tegn på forstyrrelse. Til sammenligning, talrige interagerende galakser, som de ikoniske Antenne galakser, får deres navn fra det forvrængede udseende af deres spiralarme på grund af tidevandskræfterne i deres interaktion. Sammensmeltninger af lignende massive galakser smelter typisk sammen til store, glatte elliptiske galakser med udvidede glorier – en proces, der tager milliarder af år. Men Sombrero har aldrig helt passet til den traditionelle definition af hverken en spiral eller en elliptisk galakse. Det er et sted midt imellem - en hybrid.

Til netop dette projekt, holdet valgte Sombrero hovedsageligt for dens unikke morfologi. De ønskede at finde ud af, hvordan sådanne "hybride" galakser kunne være dannet og samlet over tid. Opfølgende undersøgelser af halometallicitetsfordelinger vil blive udført med flere galakser i afstande svarende til Sombreroens.

Forskerholdet ser frem til, at fremtidige observatorier fortsætter undersøgelsen af ​​Sombreroens uventede egenskaber. Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), med et synsfelt, der er 100 gange større end Hubble, vil være i stand til at tage et kontinuerligt billede af galaksens glorie, mens den opfanger flere stjerner i infrarødt lys. James Webb-rumteleskopet vil også være værdifuldt for dets Hubble-lignende opløsning og dybere infrarøde følsomhed.