Αστέρια από το αρχαίο σμήνος που βρέθηκε στον Γαλαξία

Γαλαξίες όπως ο Γαλαξίας πιστεύεται ότι δημιουργήθηκαν μέσω μιας σειράς συγχωνεύσεων, προσελκύοντας μικρότερους γαλαξίες και ομάδες αστεριών και κάνοντας αυτά τα ξένα αστέρια δικά τους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι συγχωνεύσεις ήταν αρκετά πρόσφατες ώστε μπορούμε ακόμα να ανιχνεύσουμε το προηγουμένως ανεξάρτητο σώμα ως μια ομάδα άστρων που περιφέρονται μαζί γύρω από τον Γαλαξία μας. Όμως, με την πάροδο του χρόνου, οι αλληλεπιδράσεις με τα υπόλοιπα αστέρια στον Γαλαξία μας θα διαταράξουν σιγά-σιγά τις δομές των σπιτιών των σμήνων.

Είναι λοιπόν έκπληξη το γεγονός ότι οι ερευνητές βρήκαν αυτό που φαίνεται να είναι τα υπολείμματα ενός σφαιρικού σμήνος μερικών από τα παλαιότερα αστέρια γύρω. Η ανακάλυψη είναι συνεπής με το μοντέλο «ανάπτυξης μέσω σύντηξης» του κτιρίου των γαλαξιών, αλλά εγείρει ερωτήματα σχετικά με το πώς η μάζα θα παραμείνει ανέπαφη όσο παραμένει.

Εξόρυξη δεδομένων Gaia

Τα αποτελέσματα ξεκίνησαν με ανάλυση δεδομένων από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος Αποστολή Γαία, που στοχεύει να φτιάξει τουλάχιστον έναν χάρτη του Γαλαξία σε τρεις διαστάσεις. Η Gaia έχει φωτογραφήσει σχεδόν ένα δισεκατομμύριο αντικείμενα δεκάδες φορές, κάτι που είναι αρκετό για να εκτιμήσει τη θέση και την κίνησή τους γύρω από τον πυρήνα του Γαλαξία. Αυτός ο χάρτης βοήθησε τους επιστήμονες να εντοπίσουν δομές μέσα στον γαλαξία μας με βάση το γεγονός ότι υπάρχουν μερικά αστρικά σμήνη που όχι μόνο είναι φυσικά κοντά το ένα στο άλλο, αλλά κινούνται όλα προς την ίδια κατεύθυνση.

Η εξόρυξη δεδομένων Gaia για αυτούς τους τύπους δομών είναι τόσο χρήσιμη που υπάρχει ένας αλγόριθμος λογισμικού που ονομάζεται STREAMFINDER που τις ορίζει. Αυτό το πρόγραμμα οδήγησε στην ανακάλυψη του αστρικού ρεύματος C-19, μιας ομάδας αστεριών που κινούνται μαζί μέσα από το φωτοστέφανο του Γαλαξία.

Ένας τρόπος για να ελέγξετε αν αυτές οι ομάδες αστεριών ξεκίνησαν πραγματικά ως μέρος μιας ενιαίας ομάδας είναι να ελέγξετε την ηλικία τους. Τα σμήνη αποτελούνται συχνά από αστέρια παρόμοιας ηλικίας. Ένας τρόπος για να μάθετε αν σχηματίζονται αστέρια την ίδια στιγμή είναι να ελέγξετε για το περιεχόμενο βαρύτερων στοιχείων. Υπήρχαν λίγα στοιχεία βαρύτερα από το ήλιο κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης, επομένως τα περισσότερα από τα βαρύτερα στοιχεία που υπήρχαν τώρα προέρχονταν από παλαιότερα αστέρια. Όσο αργότερα στην ιστορία του σύμπαντος σχηματισμού άστρων, το αστέρι πιθανότατα θα περιέχει περισσότερα από αυτά τα βαρύτερα στοιχεία.

(Οι αστρονόμοι αποκαλούν μέταλλο οποιοδήποτε στοιχείο βαρύτερο από το ήλιο και αναφέρονται στην περιεκτικότητα σε βαριά στοιχεία του άστρου ως μέταλλο. Αλλά αυτό είναι πιθανό να προκαλέσει σύγχυση στους περισσότερους μη αστρονόμους, επομένως θα το αποφύγουμε.)

Έτσι, οι αστρονόμοι πίσω από τη νέα εργασία μέτρησαν τα επίπεδα των βαρέων στοιχείων σε αστέρια που πιστεύεται ότι ανήκουν στο ρεύμα C-19. Με εξαίρεση ένα άκρο, όλα ήταν ακριβώς τα ίδια, υποδεικνύοντας ότι το ρέμα είναι στην πραγματικότητα το ανατρεπτικό υπόλειμμα μιας ομάδας. Αλλά τα αποτελέσματα περιείχαν επίσης μια έκπληξη: μια εξαιρετικά χαμηλή ποσότητα βαρέων στοιχείων.

Αρχαία Ιστορία

Ο τυπικός τρόπος καταγραφής βαρέων στοιχείων είναι μέσω της αναλογίας του σιδήρου (ο οποίος σχηματίζεται μόνο αργά στη ζωή ενός τεράστιου αστεριού) προς το υδρογόνο. Το υδρογόνο ήταν πάντα το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν, ενώ τα επίπεδα σιδήρου αυξήθηκαν σιγά σιγά με την πάροδο του χρόνου. Έτσι, όσο υψηλότερη είναι η αναλογία σιδήρου προς υδρογόνο, τόσο πιο πρόσφατα σχηματίστηκε το αστέρι.

Στην περίπτωση του ρεύματος C-19, η αναλογία ήταν πολύ χαμηλή. Τόσο χαμηλά που τα αστέρια C-19 σχηματίστηκαν πριν από 3 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, ή όταν το σύμπαν ήταν μόλις το ένα τέταρτο της τρέχουσας ηλικίας του. Είναι πιθανό να σχηματίστηκαν λίγο νωρίτερα.

Εντός του Γαλαξία μας, έχουν εντοπιστεί μερικές εκατοντάδες αστέρια με παρόμοια χαμηλά επίπεδα βαρέων στοιχείων. Αλλά δεν έχει δει ποτέ σμήνος στο οποίο κάθε αστέρι να βρίσκεται σε τόσο χαμηλό επίπεδο. Στην πραγματικότητα, πριν από αυτή την ανακάλυψη, τα σμήνη στον Γαλαξία πιστευόταν ότι περιείχαν στοιχεία βαριά για τη Γη – όλα είχαν επίπεδα υψηλότερα από αυτά που φαίνονται στο ρεύμα C-19. Αυτό ίσχυε παρά το γεγονός ότι με βάση την κατανομή των γνωστών ομάδων, θα περιμέναμε περίπου πέντε επίπεδα με βαριά στοιχεία παρόμοια με αυτά στο ρεύμα C-19.

Η έλλειψη άλλων σμηνών υποδηλώνει ότι τα περισσότερα πρώιμα σμήνη όπως αυτό το ρεύμα ήταν ήδη τόσο διαταραγμένα που ξεθώριασαν στο φόντο των αστεριών του Γαλαξία. Πράγμα που εγείρει το ερώτημα γιατί δεν υπάρχει ρεύμα C-19. Αυτό είναι ιδιαίτερα απροσδόκητο, καθώς η τροχιά του ρεύματος γύρω από τον πυρήνα του γαλαξία το οδηγεί βαθιά στον Γαλαξία, δίνοντάς του πολλές ευκαιρίες να εμπλακεί σε αλληλεπιδράσεις με άλλα χαρακτηριστικά που θα πρέπει να το απενεργοποιήσουν.

Μια πιθανότητα που θα μπορούσε να εξηγήσει αυτό είναι ότι το σμήνος εισήλθε αρχικά στον Γαλαξία ως μέρος ενός νάνου γαλαξία που καταβροχθίστηκε. Η δομή του νάνου γαλαξία θα μπορούσε να παρέχει έναν βαθμό προστασίας μέχρι να συντριβεί και τα αστέρια του να διασκορπιστούν στον Γαλαξία μας. Και αν αυτό είναι αλήθεια, η μάζα που προκάλεσε το ρεύμα C-19 περιείχε ένα σημαντικό μέρος των αστεριών στον νάνο γαλαξία εκείνη την εποχή.

Ανεξάρτητα από το πώς το εξηγούμε, η παρουσία του ρεύματος C-19 μας λέει πράγματα για την ιστορία του σύμπαντος. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα: «Η παρουσία του C-19 από μόνη της αποδεικνύει ότι τα σφαιρικά σμήνη θα μπορούσαν να σχηματιστούν σε περιβάλλοντα με χαμηλή περιεκτικότητα σε ορυκτά όπου επρόκειτο να συσσωρευτούν οι πρώτες γαλαξιακές δομές».

Nature, 2022. DOI: 10.1038 / s41586-021-04162-2 (Σχετικά με τα DOI).