Gasser i Mælkevejen er ikke homogent blandet, i modsætning til tidligere modeller

For bedre at forstå Mælkevejens historie og udvikling, astronomer studerer sammensætningen af ​​de gasser og metaller, der udgør en vigtig del af vores galakse. Tre hovedelementer skiller sig ud:den første gas, der kommer uden for vores galakse, gassen mellem stjernerne inde i vores galakse – beriget med kemiske grundstoffer –, og støvet skabt af kondenseringen af ​​metallerne i denne gas.

Indtil nu, teoretiske modeller antog, at disse tre elementer var homogent blandet i hele Mælkevejen og nåede et niveau af kemisk berigelse svarende til solens atmosfære, kaldet solmetalliciteten. I dag, et hold af astronomer fra universitetet i Genève (UNIGE) demonstrerer, at disse gasser ikke blandes så meget som tidligere antaget, hvilket har en stærk indflydelse på den nuværende forståelse af galaksernes udvikling. Som resultat, simuleringer af Mælkevejens udvikling vil skulle modificeres. Disse resultater kan læses i journalen Natur .

Galakser består af en samling stjerner og dannes ved kondensering af gassen fra det intergalaktiske medium, der hovedsageligt består af brint og en smule helium. Denne gas indeholder ikke metaller i modsætning til gassen i galakser - i astronomi, alle kemiske grundstoffer, der er tungere end helium, kaldes tilsammen metaller, selvom de er atomer i gasform.

"Galakser er drevet af 'jomfruelig' gas, der falder ind udefra, som forynger dem og lader nye stjerner dannes, " forklarer Annalisa De Cia, en professor ved Institut for Astronomi på UNIGE-fakultetet og førsteforfatter til undersøgelsen. På samme tid, stjerner forbrænder det brint, der udgør dem hele deres liv og danner andre grundstoffer gennem nukleosyntese. Når en stjerne, der har nået slutningen af ​​sit liv, eksploderer, det uddriver de metaller, det har produceret, såsom jern, zink, kulstof og silicium, føder disse elementer ind i galaksens gas. Disse atomer kan derefter kondensere til støv, især i koldere, tættere dele af galaksen. "I første omgang, da Mælkevejen blev dannet, for mere end 10 milliarder år siden, den havde ingen metaller. Så berigede stjernerne gradvist miljøet med de metaller, de producerede, " fortsætter forskeren. Når mængden af ​​metaller i denne gas når det niveau, der er til stede i solen, astronomer taler om solmetallicitet.

Et ikke så homogent miljø

Miljøet, der udgør Mælkevejen, samler således de metaller, som stjernerne producerer, de støvpartikler, der er dannet af disse metaller, men også gasser uden for galaksen, der jævnligt kommer ind i den. "Indtil nu, teoretiske modeller mente, at disse tre elementer var homogent blandet og nåede solsammensætningen overalt i vores galakse, med en let stigning i metallicitet i midten, hvor stjernerne er flere, " forklarer Patrick Petitjean, en forsker ved Institut d'Astrophysique de Paris, Sorbonne Universitet. "Vi ønskede at observere dette i detaljer ved hjælp af en ultraviolet spektrograf på Hubble-rumteleskopet."

Spektroskopi gør det muligt at adskille lyset fra stjerner i dets individuelle farver eller frekvenser, lidt ligesom en med prisme eller i en regnbue. I dette nedbrudte lys, astronomer er særligt interesserede i absorptionslinjer:"Når vi observerer en stjerne, metallerne, der udgør gassen mellem stjernen og os selv, absorberer en meget lille del af lyset på en karakteristisk måde, med en bestemt frekvens, som ikke kun giver os mulighed for at identificere deres tilstedeværelse, men også for at sige hvilket metal det er, og hvor rigeligt er det, " fortsætter han.

En ny metode udviklet til at observere den totale metallicitet

I 25 timer, holdet af videnskabsmænd observerede atmosfæren af ​​25 stjerner ved hjælp af Hubble og Very Large Telescope (VLT) i Chile. Problemet? Støvet kan ikke tælles med disse spektrografer, selvom det indeholder metaller. Annalisa De Cias team har derfor udviklet en ny observationsteknik. "Det involverer at tage højde for den samlede sammensætning af gas og støv ved samtidig at observere flere grundstoffer såsom jern, zink, titanium, silicium og ilt, " forklarer Genève-forskeren. "Så kan vi spore mængden af ​​metaller, der er til stede i støvet og føje det til det, der allerede er kvantificeret af de tidligere observationer for at få totalen."

Takket være denne dobbelte observationsteknik, astronomerne har fundet ud af, at ikke blot er Mælkevejens miljø ikke homogent, men at nogle af de undersøgte områder kun når op på 10 % af solmetalliciteten. "Denne opdagelse spiller en nøglerolle i designet af teoretiske modeller for dannelsen og udviklingen af ​​galakser, siger Jens-Kristian Krogager, forsker ved UNIGEs Institut for Astronomi. "Fra nu af, vi bliver nødt til at forfine simuleringerne ved at øge opløsningen, så vi kan inkludere disse ændringer i metallicitet på forskellige steder i Mælkevejen."

Disse resultater har en stærk indflydelse på vores forståelse af galaksernes udvikling og i særdeleshed vores egen. Ja, metaller spiller en grundlæggende rolle i dannelsen af ​​stjerner, kosmisk støv, molekyler og planeter. Og vi ved nu, at nye stjerner og planeter kunne dannes i dag af gasser med meget forskellige sammensætninger.