konstnärens intryck av sammanslagningen mellan gaia-Enceladus-galaxen och vår Vintergatan, som ägde rum under vår Galaxs tidiga bildningsstadier för 10 miljarder år sedan.
ESA: s Gaia-uppdrag har gjort ett stort genombrott för att avslöja Vintergatans bildningshistoria.
i stället för att bilda ensam slogs vår galax samman med en annan stor galax tidigt i sitt liv, för cirka 10 miljarder år sedan. Bevisen är fyllda över himlen runt omkring oss, men det har tagit Gaia och dess extraordinära precision för att visa oss vad som har gömt sig i vanlig syn hela tiden.
Gaia mäter stjärnornas position, rörelse och ljusstyrka till oöverträffade nivåer av noggrannhet.
med hjälp av de första 22 månaderna av observationer tittade ett team av astronomer under ledning av Amina Helmi, University of Groningen, Nederländerna, på sju miljoner stjärnor – de för vilka de fulla 3D – positionerna och hastigheterna är tillgängliga-och fann att cirka 30 000 av dem var en del av en ’udda samling’ som rör sig genom Vintergatan. Särskilt de observerade stjärnorna passerar för närvarande vårt solområde.
datorsimulering av sammanslagningen mellan en galax som den unga Vintergatan, vars stjärnor visas i cyan, och en mindre galax, indikerad i rött.Enligt en studie baserad på den andra datautgåvan av ESA: s Gaia-uppdrag uppskattar astronomer att en betydande sammanslagningshändelse som den som visas i denna animation har inträffat under Vintergatans tidiga bildningsstadier för tio miljarder år sedan. En sådan sammanslagning har lett till två viktiga komponenter i vår galax, halo och den tjocka skivan.Stjärnor som tillhör den accreted galaxen, som har fått namnet Gaia-Enceladus, är blandade med Vintergatans stjärnor och kan ses över hela himlen, men kunde bara avslöjas tack vare Gaias extraordinära precision.Simuleringen som visas i den här animationen beskrivs i papper av HTTPS: / /
vi är så djupt inbäddade i denna samling att dess stjärnor omger oss nästan helt och så kan ses över det mesta av himlen.
även om de är blandade med andra stjärnor, stod stjärnorna i samlingen ut i Gaia-data eftersom de alla rör sig längs långsträckta banor i motsatt riktning mot majoriteten av galaxens andra hundra miljarder stjärnor, inklusive solen.
de stod också ut i det så kallade Hertzprung-Russell – diagrammet – som används för att jämföra stjärnornas färg och ljusstyrka-vilket indikerar att de tillhör en tydligt distinkt stjärnpopulation.
det stora antalet udda rörliga stjärnor involverade fascinerade Amina och hennes kollegor, som misstänkte att de kunde ha något att göra med Vintergatans bildningshistoria och började arbeta för att förstå deras ursprung.
tidigare hade Amina och hennes forskargrupp använt datorsimuleringar för att studera vad som händer med stjärnor när två stora galaxer smälter samman. När hon jämförde dem med Gaia-data matchade de simulerade resultaten observationerna.
”samlingen av stjärnor vi hittade med Gaia har alla egenskaper av vad du kan förvänta dig av skräp från en galaktisk sammanslagning”, säger Amina, huvudförfattare till det papper som publicerades idag i Nature.
konstnärens intryck av skräp från Gaia-Enceladus-galaxen. Gaia-Enceladus slogs samman med vår Vintergatan galax under dess tidiga bildningsstadier, 10 miljarder år sedan, och dess skräp kan nu hittas i hela galaxen. Stjärnornas positioner och rörelser (visas med gula pilar) är avsedda att representera de av stjärnor som ursprungligen tillhörde Gaia-Enceladus. De har extraherats från en befintlig datorsimulering av en sammanslagning med liknande egenskaper som Gaia upptäckte.
med andra ord är samlingen vad de förväntade sig av stjärnor som en gång var en del av en annan galax och har konsumerats av Vintergatan. Stjärnorna bildar nu det mesta av vår galax inre halo – en diffus komponent av gamla stjärnor som föddes i tidiga tider och nu omger huvuddelen av Vintergatan som kallas central bulge och disc.
själva Galaktiska skivan består av två delar. Det finns den tunna skivan, som är några hundra ljusår djup och innehåller mönstret av spiralarmar gjorda av ljusa stjärnor. Och det finns den tjocka skivan, som är några tusen ljusår djup. Den innehåller cirka 10-20 procent av galaxens stjärnor men dess ursprung har varit svårt att bestämma.
enligt lagets simuleringar, såväl som att leverera halo-stjärnorna, kunde den accreted galaxen också ha stört Vintergatans befintliga stjärnor för att hjälpa till att bilda den tjocka skivan.
”vi blev bara säkra på vår tolkning efter att ha kompletterat Gaia-data med ytterligare information om den kemiska sammansättningen av stjärnor, som tillhandahålls av den markbaserade APOGEE-undersökningen”, säger Carine Babusiaux, Universitbbitui Grenoble Alpes, Frankrike, och andra författare till papperet.
stjärnor som bildas i olika galaxer har unika kemiska kompositioner som matchar förhållandena i hemgalaxen. Om denna stjärnsamling verkligen var resterna av en galax som slogs samman med vår egen, bör stjärnorna visa ett avtryck av detta i sin sammansättning. Och det gjorde de.
astronomerna kallade denna galax Gaia-Enceladus efter en av jättarna i den antika grekiska mytologin, som var avkomman till Gaia, jorden och Uranus, himlen.
” enligt legenden begravdes Enceladus under Mount Etna, på Sicilien, och ansvarig för lokala jordbävningar. På samma sätt begravdes stjärnorna i Gaia-Enceladus djupt i Gaia-data, och de har skakat Vintergatan, vilket leder till bildandet av dess tjocka skiva,” förklarar Amina.
även om inga fler bevis verkligen behövdes, hittade teamet också hundratals variabla stjärnor och 13 globala kluster i Vintergatan som följer liknande banor som stjärnorna från Gaia-Enceladus, vilket indikerar att de ursprungligen var en del av det systemet.
klotformiga stjärnhopar är grupper på upp till miljoner stjärnor som hålls samman av sin ömsesidiga gravitation och kretsar kring en galaxs centrum. Det faktum att så många kluster kunde kopplas till Gaia-Enceladus är en annan indikation på att detta en gång måste ha varit en stor galax i sig, med sin egen entourage av globala kluster.
ytterligare analys avslöjade att denna galax var ungefär lika stor som ett av de Magellanska molnen – två satellitgalaxer ungefär tio gånger mindre än Vintergatans nuvarande storlek.
för tio miljarder år sedan, men när fusionen med Gaia-Enceladus ägde rum, var Vintergatan själv mycket mindre, så förhållandet mellan de två var mer som fyra till en. Det var därför tydligt ett stort slag mot vår galax.
en konstnärs intryck av vår Vintergatan, en ungefär 13 miljarder år gammal ’spärrad spiralgalax’ som är hem för några hundra miljarder stjärnor. Till vänster visar en ansiktsvy spiralstrukturen på den galaktiska skivan, där majoriteten av stjärnorna är belägna, isär med en diffus blandning av gas och kosmiskt damm. Skivan mäter cirka 100 000 ljusår över, och solen sitter ungefär halvvägs mellan centrum och periferi. Till höger avslöjar en kantvy skivans plana form. Observationer pekar på en understruktur: en tunn skiva cirka 700 ljusår hög inbäddad i en tjock skiva, cirka 3000 ljusår hög och befolkad med äldre stjärnor. Kanten på vyn visar också den galaktiska utbuktningen, som ligger i den centrala delen av Vintergatan och värd cirka 10 miljarder stjärnor, som huvudsakligen är gamla och röda. Utbuktningen, som också syns i ansiktet till vänster, har en övergripande långsträckt form som liknar en jordnötsformad bar, med en halvlängd på cirka 10 000 ljusår, vilket gör Vintergatan till en spärrad spiralgalax. Bortom skivan och utbuktningen finns stjärnhalogen, en ungefär sfärisk struktur med en radie på cirka 100 000 ljusår, som innehåller isolerade stjärnor såväl som många klotformiga kluster-stora, kompakta konglomerationer av några av de äldsta stjärnorna i galaxen. På en större skala är Vintergatan inbäddad i en ännu större gloria av osynlig mörk materia.
”att se att vi nu börjar riva upp Vintergatans bildningshistoria är väldigt spännande”, säger Anthony Brown, Leiden University, Nederländerna, som är medförfattare till tidningen och även ordförande för Gaia Data Processing and Analysis Consortium Executive.
sedan de allra första diskussionerna om att bygga Gaia för 25 år sedan var ett av uppdragets huvudmål att undersöka de olika stjärnströmmarna i Vintergatan och rekonstruera dess tidiga historia. Den visionen lönar sig.
”Gaia byggdes för att svara på sådana frågor”, säger Amina. ”Vi kan nu säga att det här är hur galaxen bildades i de tidiga epokerna. Det är fantastiskt. Det är bara så vackert och får dig att känna dig så stor och så liten samtidigt.”
”genom att läsa rörelserna från stjärnor utspridda över himlen kan vi nu spola tillbaka Vintergatans historia och upptäcka en viktig milstolpe i dess bildning, och detta är möjligt tack vare Gaia”, avslutar Timo Prusti, gaia-projektforskare vid ESA.
publikation: ”sammanslagningen som ledde till bildandet av Vintergatans inre stjärnhalo och tjocka skiva” av A. Helmi et al publiceras i Nature.