Mælkevejen set fra siden. (Stefan Payne-Wardenaar/MPIA) Mælkevejen er ældre end astronomer troede, eller en del af den er. En nyligt offentliggjort undersøgelse viser, at en del af disken er to milliarder år ældre, end vi troede.
Regionen, kaldet den tykke skive, begyndte at dannes kun 0,8 milliarder år efter Stort brag .
Et par astronomer sammensatte Mælkevejens historie mere detaljeret end nogensinde. Deres resultater er baseret på detaljerede data fra ESA's Gaia-mission og Kinas Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (MEST). Nøglen til denne opdagelse ligger i subgigantiske stjerner .
Papiret er ' Et tidsopløst billede af vores Mælkevejs tidlige dannelseshistorie ,' og det er online i journalen Natur . Forfatterne er Maosheng Xiang og Hans-Walter Rix, begge fra Max-Planck Institute for Astronomy (MPIA.)
En af de sværeste ting at afgøre om en stjerne er dens alder. En stjernes sammensætning, eller metallicitet, er nøglen til at finde dens alder. Jo mere nøjagtigt astronomer kan måle metallicitet, jo mere præcist kan de bestemme dens alder.
Det tidlige univers indeholdt næsten udelukkende brint og helium. Grundstoffer, der er tungere end brint og helium, produceres i stjerner og spredes ud i universet, når disse stjerner dør og eksploderer. Astronomer kalder hvert grundstof tungere end de to oprindelige grundstoffer 'metaller'.
Mælkevejen kantudsigt. (Stefan Payne-Wardenaar/MPIA)
Stjerner med lavere metallicitet er ældre, fordi de blev dannet, da der for det meste kun var brint og helium til rådighed. Så når astronomer identificerer en population af stjerner, der hovedsageligt indeholder brint og helium, ved de, at disse stjerner er ældre. Når de finder en population af stjerner med højere andel af metaller, ved de, at disse stjerner må være yngre.
Præcise aldersmålinger er den hellige gral i nogle aspekter af astronomi, hvilket er sandt i dette tilfælde. Xiang og Rix brugte mere end blot metallicitet til at bestemme stjernernes alder. De fokuserede på en bestemt type stjerne: undergiganter.
Den subgigantiske fase i en stjernes liv er relativt kort, så astronomer kan bestemme en stjernes alder mest nøjagtigt, når det er en subgigant. Undergiganter går over til røde kæmper og producerer ikke længere energi i deres kerner. I stedet er fusion flyttet ind i en skal omkring kernen.
I denne undersøgelse brugte parret af videnskabsmænd LAMOST-data til at bestemme metalliciteten af omkring 250.000 stjerner i forskellige dele af Mælkevejen. De brugte også Gaia-data, som giver den præcise position og lysstyrkedata for omkring 1,5 milliarder stjerner.
ESA's Gaia-mission er ansvarlig for øget nøjagtighed i denne undersøgelse og mange andre. Før Gaia arbejdede astronomer rutinemæssigt med stjernernes aldersusikkerhed mellem 20 og 40 procent. Det betød, at aldre kunne falde med en milliard år, hvilket er meget.
Men Gaia har ændret alt dette. Den aktuelle dataudgivelse fra missionen er Gaia EDR 3 eller Early Data Release 3, og det er en stor forbedring. EDR3 giver præcise 3D-positioner på over 330.000 stjerner. Det giver også højpræcisionsmålinger af stjernernes bevægelser gennem rummet.
Forskerne brugte alle disse data fra Gaia og LAMOST og sammenlignede dem med kendte modeller af stjerneparametre for at bestemme undergiganternes alder med større nøjagtighed. 'Med Gaias lysstyrkedata er vi i stand til at bestemme alderen på en subgigantisk stjerne til et par procent,' sagde Maosheng.
Undergiganterne er spredt over de forskellige dele af Mælkevejen, hvilket gør det muligt for forskerne at sammensætte alderen på de andre komponenter og bygge en tidslinje over Mælkevejens historie.
Undersøgelsen viser to adskilte faser i vores galakses historie. Den første fase startede 0,8 milliarder år efter Big Bang, hvor den tykke skive begyndte at danne stjerner. Den galaktiske halo's indre områder begyndte også at udvikle sig.
To milliarder år efter det drev en fusion stjernedannelsen i den tykke skive til fuldførelse. En dværggalakse ved navn Gaia-Pølse-Enceladus fusioneret med Mælkevejen.
Gaia-Sausage-Enceladus (GSE) dværggalaksen er ikke formet som en pølse. Den har fået sit navn fra at plotte sine stjerner på et hastighedskort, hvor deres baner er meget langstrakte. Da GSE fusionerede med Mælkevejen, var det med til at skabe den tykke skive, og gassen, der fulgte med den, gav næring til stjernedannelsen i den del af galaksen.
Fusionen fyldte også Mælkevejens glorie med stjerner. Astronomer mener kuglehoben NGC 2808 kan være Gaia-pølsens restkerne. NGC 2808 er en af de mest massive kuglehobe i Mælkevejen.
Stjernedannelsen udløst i den tykke skive af GSE varede i omkring 4 milliarder år. Omkring 6 milliarder år efter Big Bang var hele gassen brugt op. I den periode steg den tykke skives metallicitet med mere end en faktor ti.
Undersøgelsen fandt også en meget tæt sammenhæng mellem metalliciteten og stjernernes alder på hele skiven. Det betyder, at gassen, der fulgte med GSE'en, må have været turbulent, hvilket har fået den til at blande sig mere grundigt i skiven.
Astronomer opdagede først for nylig GSE-fusionen i 2018. Opdagelser som den har formet vores forståelse af Mælkevejens historie, og galaksens udviklingstidslinje bliver tydeligere. Denne nye undersøgelse giver os en mere detaljeret redegørelse.
'Siden opdagelsen af den ældgamle fusion med Gaia-Pølse-Enceladus i 2018 har astronomer haft mistanke om, at Mælkevejen allerede var der, før glorien blev dannet, men vi havde ikke et klart billede af, hvordan Mælkevejen så ud, siger Maosheng.
'Vores resultater giver udsøgte detaljer om den del af Mælkevejen, såsom dens fødselsdag, stjernedannelseshastighed og metalberigelseshistorie. At sammensætte disse opdagelser ved hjælp af Gaia-data revolutionerer vores billede af, hvornår og hvordan vores galakse blev dannet.'
I de senere år har astronomer opdaget flere detaljer om Mælkevejen. Men det er udfordrende at kortlægge dens struktur, fordi vi er midt i den. ESA's Gaia-mission er vores hidtil bedste katalog over stjernerne i Mælkevejen. Og hver dataudgivelse bliver bedre og bedre.
'Med hver ny analyse og datafrigivelse giver Gaia os mulighed for at sammensætte historien om vores galakse i endnu flere hidtil usete detaljer. Med udgivelsen af Gaia DR3 i juni vil astronomer være i stand til at berige historien med endnu flere detaljer,' siger Timo Prusti, Gaia Project Scientist for ESA.
Gaia-missionen er vigtig, men observationer af andre galakser som Mælkevejen giver også astronomer indsigt i Mælkevejens struktur og historie. Men at observere galakser kun to milliarder år efter Big Bang er svært. Det kræver kraftige infrarøde teleskoper. Heldigvis er et længe ventet infrarødt rumteleskop snart ved at begynde observationer.
James Webb Space Telescope (JWST) har magten til at se tilbage i tiden til universets tidlige år. Det vil være i stand til at se universets tidligste mælkevejslignende galakser.
Astronomer vil gerne vide mere om GSE-fusionen, og hvordan den førte til stjernedannelse og formede vores galakses tykke skive kun to milliarder år efter Big Bang. JWST observationer af gamle, høj rødforskydning galakser svarende til Mælkevejen kunne hjælpe med at besvare nogle spørgsmål og udfylde en mere detaljeret galaktisk historie.
Og i juni udgiver ESA Gaias fulde tredje dataudgivelse, kaldet DR3. DR3-kataloget vil indeholde aldre, metallicitet og spektre for over 7 millioner stjerner. DR3 og JWST vil være en potent kombination.
Hvad vil alle disse data fortælle os? Efterhånden som universet udvikler sig, skal galakser enten spise eller spises. Tyngdekraften trækker galakser sammen, men universet udvider sig også takket være mørk energi , og den mørke energi skubber galakser fra hinanden. Så galakser har en tendens til at klumpe sig sammen i grupper. Mælkevejen er en del af Lokal gruppe .
Grupperne forbliver internt sammenhængende på grund af galaksernes kombinerede tyngdekraft, men grupperne driver væk fra hinanden på grund af ekspansion. Til sidst forbruger de største galakser i en gruppe de mindre.
Mælkevejen har konsumeret GSE og kuglehobe. Og den forbruger den store magellanske sky, som fortærer sin endnu mindre nabo, den lille magellanske sky.
Til sidst, den Mælkevejen vil forbruge begge dele , og om cirka 4,5 milliarder år vil den smelte sammen med den endnu større Andromeda Galaxy, et andet medlem af den lokale gruppe.
Det er en mærkelig situation, fordi Mælkevejens fremtid kan være lettere at gennemskue end dens fortid. Det er gåden med et ekspanderende univers: de beviser, vi søger, bliver ved med at vige fra os, tabt til tid og afstand.
Men JWST og Gaia DR3 har potentialet til at vende udviklingen i det ekspanderende univers. Sammen kan de kaste mere lys over Mælkevejens historie og detaljerne i galaksefusioner generelt. Forhåbentlig ender vi med en meget mere grundig historisk tidslinje.
Denne artikel blev oprindeligt udgivet af Universet i dag . Læs originalen artikel .