Galaktisk arkæologi:Astronomer bruger stjerner som fossiler til at studere Mælkevejen

Vores Mælkevej menes at være hjemsted for så mange som 400 milliarder stjerner, hvoraf den ene er, selvfølgelig, vores egen sol. Men hvordan og hvornår blev disse stjerner dannet, og hvor kom de fra?

At forstå stjernepopulationen i vores galakse kan afsløre en hel del, ikke kun om vores eget hjem, men også om universet som helhed. Såkaldt galaktisk arkæologi kan afsløre, hvordan galakser tager form, og forklare nogle af vores egne interessante kompleksiteter.

Selvfølgelig, givet vores placering inde i det, Mælkevejen er også det bedste laboratorium, vi har til at studere forviklingerne af, hvordan galakser udvikler sig, bevæge sig, og form. Og ved at studere disse milliarder af gådefulde lyspunkter inde i vores galakse, en hel verden af ​​forståelse bliver åbnet op.

Supernovaer

Stjerner spiller en afgørende rolle i en galakses liv. En lille del ender deres liv som eksplosioner kaldet supernovaer, og via disse begivenheder frigiver de alle de nødvendige tungere elementer, der er nødvendige for at lave ting som planeter, asteroider, og endda selve livet. Så hvad kan disse begivenheder fortælle os om vores galakse?

Professor Dan Maoz fra Tel Aviv University i Israel er tovholder på et projekt kaldet EMERGE, der søger at besvare spørgsmål som dette. "Idéen bag EMERGE er at forsøge at opnå så meget information observationsmæssigt som muligt, der er relevant for dette spørgsmål, " han sagde, 'betyder hvor, hvordan, og når de forskellige elementer i universet blev produceret, og hvordan de var fordelt i stjernerne i vores galakse."

Stjerner, som vores sol, indeholde en fossillignende registrering af alle tidligere generationer af stjerner, der eksploderede som supernovaer, giver os næsten mulighed for at se tilbage i tiden ved at studere nuværende stjerner. "Og det er tanken, at se, hvordan fra disse grundlæggende berigelsesprocesser af supernovaer, det aktuelle billede af vores galakse dukkede op, " sagde prof. Maoz.

For at få adgang til denne fossillignende optegnelse, projektet gør brug af Den Europæiske Rumorganisations (ESA) Gaia-teleskop. Lanceret i 2013 og placeret 1,5 millioner kilometer fra Jorden, dette avancerede rumobservatorium er på en tiår lang mission for at undersøge mere end to milliarder stjerner i vores galakse, den mest omfattende galaktiske undersøgelse i historien.

Gaias data giver prof. Maoz mulighed for at undersøge noget, der kaldes stjerners initiale massefunktion (IMF). det relative antal små og store stjerner dannet i en given population. Ved at kende afstanden og lysstyrken af ​​sådanne stjerner, deres IMF kan undersøges - og med den, deres historie kan stykkes sammen.

Der er allerede gjort nogle interessante fund. For eksempel, ved at måle deres IMF, Prof. Maoz og kolleger var i stand til at bekræfte, at en gruppe på flere milliarder stjerner i vores galakse kendt som "Gaia Sausage" ikke stammer fra vores galakse, og faktisk fusioneret med vores Mælkevej.

"Til vores overraskelse, vi fandt ud af, at de har en indledende massefunktion, der er meget forskellig fra de normale stjerner i vores galakse, " sagde Prof. Maoz. Deres IMF, som en genetisk signatur, bekræftede tidligere indikationer på, at "denne befolkning af stjerner blev slugt af Mælkevejen for 10 milliarder år siden."

Galaktisk arkæologi

At vide, hvor og hvordan stjerner er dannet, kan fortælle os meget om vores galakse. Men en anden vigtig del af forståelsen af ​​Mælkevejen er at finde ud af, hvor gamle dens forskellige stjerner er, hvilket igen giver os mulighed for at studere historien om vores galakse - en tilgang kendt som galaktisk arkæologi.

Asterokronometri-projektet, ledet af Dr. Andrea Miglio fra University of Birmingham i Storbritannien, søger at dykke ned i dette mere detaljeret for at forstå, hvordan spiralgalakser kan lide vores egen form og udvikler sig. Det vil den gøre ved at måle alderen for titusindvis af stjerner i Mælkevejen, men det har krævet noget nytænkning at opnå.

Projektet gør brug af en unik stjernedateringsmetode kendt som asteroseismologi, der er afhængig af pulsen af ​​hver stjernes lysstyrke, suppleret med Gaias hidtil usete information, at forstå masser af stjernernes tidsaldre på én gang og dermed rekonstruere tidslinjen for begivenheder, der dannede vores galakse.

"Før Gaia, vi havde information om afstandene for kun nogle få (nærliggende) tusinde stjerner, " sagde Dr. Miglio. "Nu med Gaia, vi har meget præcise oplysninger om, hvor stjernerne er. Når du har afstanden, du kan udlede meget præcist (den) lysstyrke. med Gaia, vi kan gøre det (et par tusinde lysår) fra Solen, så du kan begynde at udforske forskellige områder af galaksen."

For at opnå høj præcision aldre, projektet er også afhængigt af data fra planetjagtteleskoper – som NASAs Kepler og ESAs CoRoT – som ledte efter planeter ved at måle ændringer i en stjernes lysstyrke, og NASAs TESS, som stadig gør det i dag.

Sådanne ændringer over tid relaterer direkte til en stjernes alder. "Disse ændringer er relateret til lydbølger fanget i stjernernes indre, " sagde Dr. Miglio. "Ved at måle frekvensen af ​​disse oscillationstilstande, du kan (udregne) massen, og så kan man have en meget præcis alder«.

Det er håbet, at modellen kan opnå en præcision på 90% på disse stjernernes tidsaldre, 'hvilket er virkelig fantastisk, " siger Dr. Miglio, fordi det kan give os mulighed for at datere objekter i Mælkevejens 10 milliarder år lange historie med en usikkerhed på blot én milliard år. At studere stjernernes tidsalder på denne måde vil gøre det muligt at sammensætte et billede af vores galakse udvikling, ved hjælp af stjerner som 'træringe' eller 'fossiler, " siger Dr. Miglio. "Du kan rekonstruere, hvornår en bestemt begivenhed skete, og hvordan Mælkevejen virkelig udviklede sig, " han sagde, "og hvordan forskellige områder af galaksen blev beriget med visse elementer."

Gør dette, sammen med projekter som EMERGE, kan begynde at fortælle os, om vores Mælkevej i sin struktur og udvikling ligner andre spiralgalakser, vi kan observere. "Når vi har forstået samlingen af ​​Mælkevejen, vi kan se, om det er unikt, " sagde Dr. Miglio.