Under en tid har astronomer visat att kollisioner eller sammanslagningar mellan galaxer är en integrerad del av kosmisk evolution. Förutom att få galaxer att växa, utlöser dessa sammanslagningar också nya rundor av stjärnbildning när färsk gas och damm sprutas in i galaxen. I framtiden beräknar astronomer att Vintergalaxen kommer att smälta samman med Andromeda-galaxen, liksom de små och stora magelliska molnen under tiden.
Enligt nya resultat från forskare vid Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics (CCA) i New York City känns resultaten av vår eventuella sammanslagning med Magellanic Clouds redan. Enligt resultat som presenterades vid det 235: e mötet i American Astronomical Society den här veckan, kan stjärnor som bildas i utkanten av vår galax vara resultatet av dessa dvärggalaxier som smälter samman med vår egen.
Under presentationen, som ägde rum ons (8 januari) i Honolulu, förklarade forskargruppen hur data från ESA: s Gaia observatorium avslöjade förekomsten av ett ungt stjärnkluster i utkanten av Vintergatan halo. Detta kluster har utsetts till Price-Whelan 1 för att hedra teamledaren Adrian M. Price-Whelan (en forskare vid CCA).
Ännu mer överraskande var det faktum att spektra erhållna från klustret indikerade att de troligtvis bildades från gasströmmen som härstammade från en av armarna från det stora magellanska molnet. Upptäckten antyder att denna gasström som sträcker sig från galaxerna, känd som Leading Arm II, är avsevärt närmare Vintergatan än tidigare trott (och också närmare kollision med den).
För att vara säker, är det svårt att identifiera stjärnkluster i vår galax eftersom stjärnor kan tyckas vara klusterade i himlen men är åtskilda av stora avstånd i verkligheten. Dessutom kan stjärnor ses i närheten av varandra på en punkt men sedan befinner sig sig i olika riktningar. Att bestämma vilka stjärnor som grupperas ihop kräver exakta mätningar av positionerna stjärnor över tid (alias astrometri).
Detta är syftet med Gaia mission, som har samlat in data om positioner, avstånd och riktiga rörelser för cirka 1,7 miljarder himmelobjekt sedan 2013. Med hjälp av det senaste datasättet som släpptes av uppdraget sökte Price-Whelan och hans kollegor efter bevis på mycket blå unga stjärnor som hade klumpar rör sig med dem. Efter att ha identifierat flera, korsade de matchade dem för att eliminera kända kluster.
I slutändan var det bara en kvar: ett relativt ungt stjärnkluster som är ungefär 117 miljoner år gammalt och ligger i yttersta utkanten av Vintergatan. Som Price-Whelan förklarade:
”Det här är ett svårt kluster av stjärnor - mindre än några tusen totalt - men det har stora konsekvenser bortom sitt lokala område på Vintergatan ... Det är verkligen riktigt långt borta. Det är längre än några kända unga stjärnor på Vintergatan, som vanligtvis finns på disken. Så med en gång var jag "Holy Holy röker, vad är det här?"
Klusterens placering placerar den i Vintergatan "halo", vår yttre region som ligger utanför spiralarmarna. Medan den innehåller huvuddelen av vår galaxmassa, är den också mycket mörkare än spiralarmarna där majoriteten av Vintergatan har stjärnor. I denna region finns också en flod av gas känd som "Magellanic Stream", som utgör den yttersta kanten av SMC och LMC och når mot Vintergatan.
Denna ström är metallfattig, till skillnad från gasmoln som finns i mjölkvägens yttre räckvidd. Detta tillät David Nidever, biträdande professor vid Montana State University och medförfattare till studien, att fastställa att det nyfundna stjärnklustret var extragalaktiskt ursprung. Genom att göra en analys av metallinnehållet i de 27 ljusaste stjärnorna i klustret fann han att deras metallicitet liknade den i Magellanic Stream.
Baserat på dessa fynd drog laget slutsatsen att klustret som bildades som gas från den magellanska strömmen passerade genom Vintergatan halo. I kombination med tyngdkraften i vår galax skapade en genomströmningskraft en glidkraft som komprimerade gasen till den punkt att den kollapsade för att bilda nya stjärnor. Med tiden rörde stjärnorna sig före gasströmmen och anslöt sig till det yttre mjölkvägen.
Studien av detta kluster kan ha betydande konsekvenser för vår förståelse av vår galaxes utveckling. Till exempel har astronomer inte kunnat effektivt begränsa avståndet mellan Magellanströmmen och vår galax fram till nu. Men tack vare upptäckten av detta nya stjärnkluster förutspår Price-Whelan och hans kollegor att kanten av Magellanic Stream är 90 000 ljusår bort från Vintergatan.
Det är ungefär hälften av avståndet som tidigare förutses. Dessutom kan upptäckten av kluster i utkanten av Vintergatan också avslöja om de magelliska molnen kolliderade med vår galax tidigare. Detta är den uppenbara tendensen när det gäller sammanslagningar: de två himmelobjekten kolliderar inte mot varandra, utan svänger förbi varandra och utbyter material, och så småningom smälter samman och bildar ett enda objekt.
Som Nidever antydde leder teamets resultat också astronomer att förfina sina teorier om när det stora magellanska molnet kommer att smälta samman med vår galax:
”Om Magellanic Stream är närmare, särskilt den ledande armen som är närmast vår galax, kommer den troligen att införlivas i Vintergatan förr än den nuvarande modellen förutspår. Så småningom kommer den gasen att bli nya stjärnor på Vintergatan. Just nu använder vår galax snabbare gas än att den fylls på. Denna extra gas som kommer in hjälper oss att fylla på den behållaren och se till att vår galax fortsätter att frodas och bilda nya stjärnor. ”
Denna studie är den senaste i en serie som möjliggjordes av Gaia uppdrag, som kollektivt främjar vår förståelse för hur vår galax utvecklades och kommer att fortsätta göra det i framtiden. Ursprungligen planerat att avslutas år 2018, Gaia uppdraget har förlängts och kommer att förbli i drift fram till 2022 (utesluter ytterligare utvidgningar).
Nästa utgåva av Gaia arkivdata (EDR3) kommer att ske i två delar, varvid det första släpptes under tredje kvartalet 2020 och det andra under senare hälften av 2021. Upptäckten av Price-Whelan 1 och teamets efterföljande spektroskopiska analys av stjärnorna var båda ämnet för artiklar som publicerades i The Astrophysical Journal den 5: e respektive 16: e december.
