Nye fodspor fra fusionsbegivenheden Gaia-pølse-enceladus

Ser op på stjernehimlen, det dybe univers fremstår stille og mystisk. Det er svært at forestille sig, at den gamle dværggalakse Enceladus kolliderede voldsomt og blev revet fra hinanden af ​​vores egen Mælkevejsgalakse, efterlader skrig fra en helt ny generation af børn fra den hundredehændede kæmpe.

For nylig, SCIENCE KINA:Fysik, Mekanik og astronomi offentliggjort en (Editor's Focus) artikel med titlen "Low-α Metal-rige stjerner med pølsekinematik i LAMOST-undersøgelsen:Er de fra Gaia-Sausage-Enceladus Galaxy?" medforfatter af Gang Zhao og Yuqin Chen, forskere fra National Astronomical Observatories, kinesiske videnskabsakademi. Artiklen skildrer den snoede proces af, hvordan Gaia-Sausage-Enceladus (GSE) dværggalaksen på mystisk vis forsvandt i en større fusionsbegivenhed, der fandt sted for længe siden i Mælkevejens tidlige historie, og fortæller historien om, hvordan forfatterne søger efter deres medlemsstjerner via en multipath-udforskningsmetode. Samtidigt, to kommentarer af prof. Yipeng Jing fra Shanghai Jiao Tong University og prof. Zhanwen Han fra Yunnan Observatory blev offentliggjort.

Danser med ulve - GSE's tilvækst ved Mælkevejen

I den kosmiske familie, der er massive galakser som Mælkevejen og Andromeda galaksen, men flere er dværggalaksemedlemmer som Skytten, de magellanske skyer, og GSE. I sin lange evolutionære historie, Mælkevejen har konstant interageret, kolliderer, og til sidst smelter sammen med nærliggende dværggalakser, fører til dannelsen af ​​mange understrukturer. I 2018, den europæiske rumfartsorganisations Gaia-satellit detekterede den såkaldte 'Gaia-pølse'-struktur i hastighedsrummet, som er resterne af GSE-dværggalaksen efter at have 'danset' med Mælkevejen. Numeriske simuleringer har afsløret, at GSE-dværggalaksen stødte frontalt sammen med Mælkevejen og blev begravet dybt inde i det galaktiske center for 10 milliarder år siden. Den stærke slagkraft i den største plask 'opvarmede' skive stjerner op til den galaktiske glorie, over 4 kpc fra det galaktiske plan. Dette er den største fusionsbegivenhed i Mælkevejens gamle historie. Denne opdagelse er en milepæl i forskningsfeltet for galaksedannelse og -evolution.

At være mod døden - GSE-fusion bringer ny vitalitet ind i galaksen

Efter at GSE-dværggalaksen faldt i Mælkevejen, denne familie blev fuldstændig opløst, og det er svært at finde sine medlemsstjerner i rummet. På jagt efter disse forsvundne medlemsstjerner, Prof. Gang Zhao foreslog en multi-path-udforskning af GSE-affaldet baseret på LAMOST-undersøgelsen, som åbnede en ny vej til at finde de sammensmeltende aftryk i hastighedsrummet, orbital rum, og kemisk rum ved at kombinere kræfter fra to store spektrale og astrometriske undersøgelser. Baseret på LAMOST og Gaia data, han og hans kollega udvalgte mulige GSE-medlemsstjerner i hastighedsrummet. Derefter adopterede de kemiske overfloder som en DNA-test til identifikation af medlemskab, da den kemiske sammensætning ikke varierer med stjernernes positioner eller bevægelser. I alt, de identificerede 1534 lav-α-metalrige medlemsstjerner af GSE blandt de 8 millioner stjerner fra LAMOST-dataene. Dette er den første opdagelse af en lav-α-metalrig komponent i GSE-galaksen. Denne nyopdagede komponent strækker sig naturligt fra den tidligere opdagede metalfattige komponent.

De beregnede rumlige fordelinger og estimerede alderen på disse medlemsstjerner. Overraskende nok, stjernerne er unge, men nå til 4 kpc over det galaktiske plan. Siden GSE-fusionen fandt sted for 10 milliarder år siden, da disse medlemsstjerner ikke engang blev født, det er umuligt, at "splash"-processen kunne bringe skivestjerner til så høje positioner. Dette skabte tvivl om det tidligere billede af GSE-fusionsprocessen. Zhao og Chen foreslog, at disse lav-α-metalrige medlemsstjerner ikke havde gennemgået sprøjteprocessen, men var nydannet fra den metalrige gas fra GSE-fusionen under den efterfølgende udvikling. Dette forslag er i overensstemmelse med den hydrodynamiske simulering af Amarante et al. der producerer bimodal diskkemi. Observationsmæssigt, dette arbejde beviser, at GSE dværggalaksen er en klumpet mælkevejslignende analog, som opdaterer vores forståelse af den kemiske udvikling af GSE-galaksen.

GSE-fusionen er endda afgørende for udviklingen af ​​Mælkevejen. Det bragte ikke kun GSE-medlemsstjerner med en anden kemisk sammensætning, men ændrede også fordelingen af ​​stjerner i Mælkevejen. Hvad mere er, det bragte metalrig gas og udløste ny stjernedannelse, udstråler ny vitalitet i Mælkevejen.

Lovende fremtid – at slå sig sammen for at bygge mælkevejen hjem og gå mod Andromedagalaksen

For at verificere den bimodale diskkemi i GSE-galaksen, forfatterne undersøgte fordelingen i orbitalrummet for GSE-metalrige medlemsstjerner med samme hastighed, men forskellig kemi. Det har vist sig, at både høj-α og lav-α metalrige stjerner udviser de samme klumper og strimler, hvilket tyder på, at de alle er opbygget fra GSE og reagerer på det galaktiske gravitationspotentiale på samme måde. Interessant nok, den tætte strimmel ved Zmax=3-5 kpc danner en klar skive-halo overgang ved 4 kpc fra det galaktiske plan.

Hvordan dannede GSE-fusionen denne overgang? Dette skyldes observationseffekten forårsaget af GSE-medlemsstjernernes unikke hastighed under indflydelse af Mælkevejens gravitationspotentiale. Da GSE-medlemmer har næsten nul rotation, og deres lodrette hastigheder ved Zmax (det højeste punkt i deres kredsløb) også er nul, de bruger længere tid ved Zmax end ved andre positioner (hastighed uden nul), fører til en ophobning af stjerner ved |Z|~ 4 kpc. Det er ligesom biler på motorvejen. Når du sidder fast i en trafikprop, hastigheden er meget lav, og du kan se en masse biler samlet, mens få biler vises et givet sted, hvor hastigheden er høj. Da et stort antal GSE-medlemsstjerner har Zmax=3-5 kpc, vi observerer et område med høj tæthed ved |Z|~4kpc. Da deres radiale hastigheder hverken er nul eller identiske, det vi ser er ikke en klump, men en lang strimmel.

Hvorfor kan denne disk-halo-overgang ikke være forårsaget af andre dværggalakser? Overgangen afhænger ikke kun af dværggalaksens hastighedskarakteristika og masse, men også Mælkevejens masse og tidspunktet, hvor fusionsbegivenheden fandt sted. Fordi GSE roterer med nul hastighed og støder frontalt sammen med Mælkevejen, såvel som kontinuerligt reagerer på Mælkevejens gravitationspotentiale, dets medlemsstjerner viser denne unikke orbitale funktion. Andre dværggalakser producerede sandsynligvis klumper andre steder. For eksempel, Sagittarius dværggalaksen smeltede sammen med Mælkevejen ved en lavere hældning, og deres medlemsstjerner klynger sig på højdepunktet af deres kredsløb ved omkring 30 kpc, som anses for at være overgangen mellem Mælkevejens indre og ydre glorie. Da andre dværggalakser ikke har GSE's orbitale karakteristika og ikke bidrager til |Z|=4 kpc-overgangen, vi konkluderer, at det kun er et aftryk, som GSE-fusionen har efterladt.

I årtier er 4 kpc blevet vedtaget som disk-halo-overgangen uden at kende årsagen til dens dannelse. Dette er første gang at afsløre den fysiske mekanisme, hvorved GSE-fusionsbegivenheden forårsager den tilsyneladende adskillelse af den galaktiske halo og disk ved 4 kpc. Det er en sand skildring af hundredhåndsgigantens (GSE's) børn, der arbejder sammen om at bygge vores Mælkevejshjem.

Over tid, efterkommerne af GSE og de galaktiske indbyggere smeltede sammen og blev ikke skelnelige i position, kinematisk, og kemisk rum. Under tyngdekraftens tiltrækning, de marcherer mod den fjerne Andromeda-galakse. Ifølge den seneste numeriske simulering, vores fremtidige generationer vil være i stand til at overvære den spektakulære kollision mellem de to store galakser tæt på om 4 milliarder år. Til sidst, vores Mælkevej og Andromeda vil smelte sammen og blive en ny galakse, men vores solsystem forventes at overleve i denne fusionsbegivenhed.

Det fremtidige 2-meter China Space Station Telescope (CSST) har store fordele i den systematiske søgen efter aftryk efterladt af GSE og i studiet af interaktioner mellem Mælkevejen og Andromeda-galaksen. Hvis du er interesseret i flere historier om galaksekollisioner og fusioner, følg med for yderligere afsløringer fra CSST-projektet i fremtiden.