Bevis på bredsidekollision med dværggalakse opdaget i Mælkevejen

For næsten 3 milliarder år siden, en dværggalakse styrtede ind i midten af ​​Mælkevejen og blev revet fra hinanden af ​​kollisionens tyngdekraft. Astrofysikere meddelte i dag, at fusionen producerede en række afslørende skallignende formationer af stjerner i nærheden af ​​Jomfru-stjernebilledet, de første sådanne "skalstrukturer", der blev fundet i Mælkevejen. Fundet giver yderligere bevis for den gamle begivenhed, og nye mulige forklaringer på andre fænomener i galaksen.

Astronomer identificerede en usædvanlig høj tæthed af stjerner kaldet Jomfruens overdensitet for omkring to årtier siden. Stjerneundersøgelser afslørede, at nogle af disse stjerner bevæger sig mod os, mens andre bevæger sig væk, hvilket også er usædvanligt, som en klynge stjerner typisk ville rejse i koncert. Baseret på nye data, astrofysikere ved Rensselaer Polytechnic Institute foreslog i 2019, at overdensiteten var resultatet af en radial fusion, stjerneudgaven af ​​et T-knoglestyrt.

"Når vi sætter det sammen, det var et 'aha' øjeblik, " sagde Heidi Jo Newberg, Rensselaer professor i fysik, anvendt fysik, og astronomi, og hovedforfatter af The Astrophysical Journal papir, der beskriver opdagelsen. "Denne gruppe stjerner havde en hel masse forskellige hastigheder, hvilket var meget mærkeligt. Men nu hvor vi ser deres bevægelse som en helhed, vi forstår hvorfor hastighederne er forskellige, og hvorfor de bevæger sig, som de er."

De nyligt annoncerede skalstrukturer er fly af stjerner buede, som paraplyer, efterladt, da dværggalaksen blev revet fra hinanden, bogstaveligt hoppende op og ned gennem galaksens centrum, da den blev inkorporeret i Mælkevejen, en begivenhed, som forskerne har navngivet "Virgo Radial Merger." Hver gang dværggalaksestjernerne passerer hurtigt gennem galaksecentret, sænk farten, mens de trækkes tilbage af Mælkevejens tyngdekraft, indtil de stopper ved deres fjerneste punkt, og så vende om for at styrte gennem midten igen, en anden skalstruktur oprettes. Simuleringer, der matcher undersøgelsesdata, kan bruges til at beregne, hvor mange cyklusser dværggalaksen har udstået, og derfor, da den oprindelige kollision fandt sted.

Det nye papir identificerer to skalstrukturer i Jomfruens overdensitet og to i Hercules Aquila Cloud-regionen, baseret på data fra Sloan Digital Sky Survey, Den Europæiske Rumorganisations Gaia-rumteleskop, og LAMOST-teleskopet i Kina. Computermodellering af skallerne og stjernernes bevægelse indikerer, at dværggalaksen først passerede gennem Mælkevejens galaktiske centrum for 2,7 milliarder år siden.

Newberg er ekspert i Mælkevejens halo, en sfærisk sky af stjerner, der omgiver spiralarmene på den centrale skive. De fleste, hvis ikke alle, af disse stjerner ser ud til at være "immigranter, stjerner, der blev dannet i mindre galakser, der senere blev trukket ind i Mælkevejen. Da de mindre galakser smelter sammen med Mælkevejen, deres stjerner trækkes af såkaldte "tidevandskræfter, "den samme slags differentialkræfter, der laver tidevand på Jorden, og de danner til sidst en lang snor af stjerner, der bevæger sig i forening i glorien. Sådanne tidevandsfusioner er ret almindelige og har dannet meget af Newbergs forskning i løbet af de sidste to årtier.

Mere voldelige "radiale fusioner" anses for langt mindre almindelige. Thomas Donlon II, en Rensselaer kandidatstuderende og første forfatter af papiret, sagde, at de i første omgang ikke søgte beviser for en sådan begivenhed.

"Der er andre galakser, typisk mere sfæriske galakser, der har en meget udtalt skalstruktur, så du ved, at disse ting sker, men vi har kigget i Mælkevejen og havde ikke set rigtig tydelige, gigantiske skaller, " sagde Donlon, som var hovedforfatter på 2019-avisen, der først foreslog Jomfruen Radial Fusion. Da de modellerede Jomfruens overdensitets bevægelse, de begyndte at overveje en radial fusion. "Og så indså vi, at det er den samme type fusion, der forårsager disse store skaller. Det ser bare anderledes ud, fordi for én ting, vi er inde i Mælkevejen, så vi har et andet perspektiv, og dette er også en diskgalakse, og vi har ikke så mange eksempler på skalstrukturer i diskgalakser."

Fundet udgør potentielle implikationer for en række andre stjernefænomener, inklusive Gaia-pølsen, en dannelse af stjerner, der menes at være et resultat af sammensmeltningen af ​​en dværggalakse for mellem 8 og 11 milliarder år siden. Tidligere arbejde understøttede ideen om, at Jomfruens radiale fusion og Gaia-pølsen var resultatet af den samme begivenhed; det meget lavere aldersestimat for Jomfruens radiale fusion betyder, at enten er de to forskellige begivenheder, eller også er Gaia-pølsen meget yngre og ikke kunne have forårsaget skabelsen af ​​Mælkevejens tykke skive, som tidligere hævdet. Et nyligt opdaget spiralmønster i positions- og hastighedsdata for stjerner tæt på solen, nogle gange kaldet Gaia-sneglen, og en foreslået begivenhed kaldet Splash, kan også være forbundet med Virgo Radial Fusion.

"Der er masser af potentielle bindinger til dette fund, " sagde Newberg. "Jomfruens radiale fusion åbner døren til større forståelse af andre fænomener, som vi ser og ikke helt forstår, og det kunne meget vel være blevet påvirket af, at noget var faldet lige igennem midten af ​​galaksen for mindre end 3 milliarder år siden."