Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Svingninger i gammel stjerne afslører galaktisk sammenstød

En gang for længe, længe siden, i en galakse lige her, nemlig Mælkevejen, blev en forbipasserende dværggalakse opslugt og ædt. Sporene ser vi stadig. Nature-artikel 13. januar 2020.

13.01.2020 | Ole J. Knudsen

To galakser, som begge ligner Mælkevejen, danser en kosmisk ballet, som i løbet af et par milliarder år vil ende med, at de smelter sammen til en større galakse. Disse her, med katalognumrene NGC 2207 og IC 2163,  befinder sig i stjernebilledet Store Hund. De blev opdaget af den engelske astronom John Herschel i 1835. Nogenlunde ligesådan må det have set ud, da Mælkevejen og Gaia-Enceladus kolliderede for godt 11 milliarder år siden. Foto: ESO.

To galakser, som begge ligner Mælkevejen, danser en kosmisk ballet, som i løbet af et par milliarder år vil ende med, at de smelter sammen til en større galakse. Disse her, med katalognumrene NGC 2207 og IC 2163, befinder sig i stjernebilledet Store Hund. De blev opdaget af den engelske astronom John Herschel i 1835. Nogenlunde ligesådan må det have set ud, da Mælkevejen og Gaia-Enceladus kolliderede for godt 11 milliarder år siden. Foto: ESO.

I en ny artikel i Nature Astronomy 13. januar 2020 beskriver et forskerhold med relationer til Aarhus Universitets Stellar Astrophysics Centre (SAC) hvordan man ud fra studier af en enkelt stjerne, ν Indi kan sætte grænser for, hvornår de to galakser stødte sammen - for mindre end 11.5 milliarder år siden.

Hovedforfatter på den nye artikel, som har titlen "Age dating of an early Milky Way merger via asteroseismology of the naked-eye star ν Indi" er Bill Chaplin fra Birminghams Universitet. Både han og en lang række medforfattere (28) er tilknyttet SAC.

At Mælkevejen i årmilliardernes løb har opslugt andre galakser er ikke noget nyt. Stjernerne fra de oprindelige galakser bevæger sig i lidt andre baner inde i Mælkevejen, end de "indfødte", og de har som oftest også en lidt anden grundstofsammensætning. Stjernen som er studeret i denne artikel er en af de indfødte, men ved sammenstødet med den dværggalakse, som kaldes Gaia-Enceladus, er den blevet puffet fra sin oprindelige plads i Mælkevejens glorie til en bane, hvor den skiller sig markant ud. Det er denne specielle bane, sammenholdt med de nye beregninger af dens alder, som gør det muligt at bestemme, at Gaia-Enceladus og Mælkevejen må være stødt sammen for højest 11,5 milliarder år siden - og ikke ret meget senere.

 

Stjernebilledet Indianeren (Indus) med stjernen ν Indi markeret. Illustration: Voyager/OJK.

ν Indi er synlig med det blotte øje en klar nat, men da den befinder sig i stjernebilledet Indus - Indianeren, skal man et godt stykke sydpå på Jordkloden for at kunne se den. Det første bogstav i navnet ν Indi er det græske bogstav "ny".

ν Indi er observeret med NASAs satellit TESS, som især bruges til at jagte exoplaneter omkring de klareste stjerner. Det ser nu ikke ud til, at ν Indi har nogen ledsagerplaneter i kredsløb, men TESS kan også et andet trick: med dens kameraer kan astronomerne overvåge stjernerne uden afbrydelser i flere måneder. Ud fra de indsamlede data kan man studere de svingninger, som foregår i stjernen - asteroseismologi - og dermed bestemme en række af stjernens grundlæggende egenskaber. Suppleret med observationer fra andre teleskoper med andre instrumenter, véd vi nu, at ν Indi er tæt ved 11 milliarder år gammel; omkring dobbelt så gammel som Solen, og desuden en af Mælkevejens metalfattige stjerner. Det, sammenholdt med, at stjernen nu befinder sig et "forkert" sted i Mælkevejen, og med en bane, som tydeligt viser, at den er blevet forstyrret en gang i fortiden, får de astronomiske galaksearkæologer til at være særligt opmærksomme. ν Indi er tydeligvis gammel, og dens grundstofsammensætning stemmer fint overens med, at den er dannet i Mælkevejens yderområder; i dens glorie eller halo. Derefter må noget have forstyrret stjernen, og det må nødvendigvis være sket efter, at den er blevet dannet.

 

Tre af de himmelområder, som satellitten TESS har observeret på den sydlige himmelhalvkugle, med ν Indis position markeret i den blå cirkel. En del af Mælkevejen strækker sig igennem områden for neden til venstre. Illustration: J. T. Mackereth

Banerne i Mælkevejen for en "indfødt" stjerne (brun), en "invasiv" stjerne (rød) fra et sammenstød og en "forstyrret" stjerne (blå) som ν Indi. Enkeltbillede fra video, hvor stjernernes baner vises i tre dimensioner. Klik på billedet for at se videoen. Kilde: University of Birmingham.

Astronomerne har i nogle få år vidst, at en dværggalakse på et eller andet tidspunkt er stødt sammen med den større Mælkevejsgalakse. En større gruppe stjerner, som nu er spredt i Mælkevejen, skiller sig ud, dels ved deres anderledes grundstofsammensætning, og dels fordi de bevæger sig i meget aflange baner "den forkerte vej" rundt om Mælkevejens centrum og ude i Mælkevejens yderegne; i glorien. Problemet har været at finde ud af, hvornår sammenstødet har fundet sted med denne dværggalakse, som er navngivet Gaia-Enceladus.

   

Victor Silva Aguirre, Amalie Stokholm og Jakob Rørsted Mosumgaard er blot tre af de mange forskere tilknyttet SAC, som har bidraget til artiklen. Privatfotos.

Lektor Victor Silva Aguirre, Stellar Astrophysics Centre siger: "Vi kan se, at Mælkevejen består af flere elementer, som har forskellige aldre og forskellige sammensætninger af stjerner. Ligesom arkæologer er vi nu i gang med at grave os ned i disse lag, for at lære mere om, hvordan vores galakse er opstået, og hvordan den har udviklet sig. Sammenstød med større eller mindre galakser i Mælkevejens tidlige historie har haft en stor betydning for udviklingen, og vi prøver at skelne de forskellige hændelser ad i både tid og rum."

PhD-studerende Amalie Stokholm er medforfatter på artiklen: "Vi har været heldige med ν Indi. Den er tæt på, og dermed lysstærk nok til at vi både kan studere stjernesvingningerne på dens overflade med satellitten TESS, og få gode spektrografiske data fra teleskoper på ESOs La Sillaobservatorium i Chile. Desuden har vi meget præcise

bestemmelser af stjernens bevægelse fra ESAs satellit Gaia. Til sammen viser observationerne klart, at ν Indi er dannet i vores egen Mælkevej for 11,0 milliarder år siden, men at sammenstødet med Gaia-Enceladusgalaksen har flyttet stjernen væk fra dens oprindelige bane."

"Selvom vi kender aldrene for en del af de stjerner, som oprindeligt er dannet i dværggalaksen, hjælper det os ikke til at bestemme, hvornår selve sammenstødet tidligst er sket. Her kan vi bruge ν Indi," uddyber PhD-studerende og medforfatter Jakob Rørsted Mosumgaard fra SAC. "Kort tid efter galaksesammenstødet dannedes der en mængde nye stjerner ud fra de gasskyer, som fandtes i de to galakser. Disse nye stjerner har efterhånden samlet sig i det, vi kalder Mælkevejens tynde skive, og ved at bestemme aldre for disse stjerner, kan vi så bestemme hvornår sammenstødet senest er sket - vi arbejder på sagen!".

Artiklen findes i sin helhed på Nature Astronomy's hjemmeside.

Institut for Fysik og Astronomi, Medarbejdere, Offentligheden / Pressen, Studerende