Mælkevejens stamtræ dechifreret

Forskere har i nogen tid vidst, at galakser kan vokse ved sammensmeltning af mindre galakser, men vores egen Mælkevejs-galakses herkomst har været et langvarigt mysterium. Nu, et internationalt hold af astrofysikere er lykkedes med at rekonstruere det første komplette stamtræ i vores hjemmegalakse ved at analysere egenskaberne af kuglehobe, der kredser om Mælkevejen, med kunstig intelligens. Værket er udgivet i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Kuglehobe er tætte grupper på op til en million stjerner, der er næsten lige så gamle som universet selv. Mælkevejen er vært for over 150 sådanne klynger, hvoraf mange blev dannet i de mindre galakser, der smeltede sammen og dannede den galakse, som vi lever i i dag. Astronomer har i årtier haft mistanke om, at kuglehobenes gamle tider ville betyde, at de kunne bruges som "fossiler" til at rekonstruere galaksernes tidlige samlingshistorier. Det er dog først med de nyeste modeller og observationer, at det er blevet muligt at realisere dette løfte.

Et internationalt hold af forskere ledet af Dr. Diederik Kruijssen ved Center for Astronomy ved University of Heidelberg (ZAH) og Dr. Joel Pfeffer ved Liverpool John Moores University har nu formået at udlede Mælkevejens fusionshistorie og rekonstruere dens stamtræ, kun ved hjælp af dens kuglehobe.

For at opnå dette, de udviklede en række avancerede computersimuleringer af dannelsen af ​​Mælkevejslignende galakser. Deres simuleringer, kaldet E-MOSAICS, er unikke, fordi de indeholder en komplet model for dannelsen, udvikling, og ødelæggelse af kuglehobe.

I simuleringerne forskerne var i stand til at relatere alder, kemiske sammensætninger, og kredsløbsbevægelser af kuglehobe til egenskaberne af de stamgalakser, hvori de er dannet, mere end 10 milliarder år siden. Ved at anvende denne indsigt på grupper af kuglehobe i Mælkevejen, de kunne ikke kun bestemme, hvor mange stjerner disse stamgalakser indeholdt, men også da de smeltede sammen i Mælkevejen.

"Den største udfordring ved at forbinde kuglehobenes egenskaber med fusionshistorien for deres værtsgalakse har altid været, at galaksesamling er en ekstremt rodet proces, hvorunder kuglehobenes kredsløb omrokes fuldstændigt, " forklarer Kruijssen.

"For at give mening om det komplekse system, der er tilbage i dag, vi besluttede derfor at bruge kunstig intelligens. Vi trænede et kunstigt neuralt netværk på E-MOSAICS-simuleringerne for at relatere de kugleformede cluster-egenskaber til værtsgalaksens fusionshistorie. Vi testede algoritmen titusindvis af gange på simuleringerne og var overraskede over, hvor nøjagtigt den var i stand til at rekonstruere fusionshistorierne for de simulerede galakser, ved kun at bruge deres kuglehobe-populationer."

Inspireret af denne succes, forskerne satte sig for at tyde Mælkevejens fusionshistorie. For at opnå dette, de brugte grupper af kuglehobe, som hver formodes at være dannet i den samme progenitor-galakse baseret på deres orbitale bevægelse. Ved at anvende det neurale netværk til disse grupper af kugleformede klynger, forskerne kunne ikke kun forudsige stjernemasserne og fusionstiderne for stamgalakserne med høj præcision, men det afslørede også en hidtil ukendt kollision mellem Mælkevejen og en gådefuld galakse, som forskerne kaldte "Kraken".

"Kollisionen med Kraken må have været den mest betydningsfulde fusion, Mælkevejen nogensinde har oplevet, " tilføjer Kruijssen. "Før, man troede, at en kollision med Gaia-Enceladus-Sausage-galaksen, som fandt sted for omkring 9 milliarder år siden, var den største kollisionsbegivenhed. Imidlertid, fusionen med Kraken fandt sted for 11 milliarder år siden, da Mælkevejen var fire gange mindre massiv. Som resultat, kollisionen med Kraken må virkelig have forvandlet, hvordan Mælkevejen så ud på det tidspunkt."

Taget sammen, disse resultater gjorde det muligt for holdet af forskere at rekonstruere det første komplette fusionstræ i vores galakse. I løbet af sin historie, Mælkevejen kannibaliserede omkring fem galakser med mere end 100 millioner stjerner, og omkring femten med mindst 10 millioner stjerner. De mest massive stamgalakser kolliderede med Mælkevejen for mellem 6 og 11 milliarder år siden.

Forskerne forventer, at deres forudsigelser vil stimulere fremtidige undersøgelser til at søge efter resterne af disse progenitor-galakser. "Rester fra mere end fem stamgalakser er nu blevet identificeret. Med nuværende og kommende teleskoper, det burde være muligt at finde dem alle, " slutter Kruijssen.