För oss kan natthimlen se ut som en slumpmässig splattering av stjärnor, men astronomer lär sig att stjärnor i vissa regioner i vår galax har klumpat sig in i funktioner som liknar dem på jorden - bäckar, vågor, bågar och bergkanter.
Tektonisk aktivitet skapar jordens brett utbud av funktioner, men forskare är inte riktigt säkra på vad som gör de stjärnliga efterlikningarna i Vintergatan. Nu testar forskare för en skyldige, inklusive krafter som kommer utanför vår galax. Den verkliga misstänkta kan dock bara vara Vintergatan själv.
Forskare beskriver Vintergatan som en spärrad, spiral galax - i huvudsak formad som ett soligt sida upp-ägg, med en hjulfördelning av stjärnor. Men i mindre skala gömmer det sig mycket mer detaljer i denna galaktiska topografi.
Sedan 2013 har ett europeiskt rymdverkets uppdrag, Gaia, genomfört en folkräkning av Vintergatan, med målet att katalogisera mer än 1 miljard stjärnor. Med hjälp av ny data som släpptes i april 2018 om exakta mätningar av stjärnornas platser och rörelser för ytterligare 550 miljoner objekt kan astronomer nu utforska galaxen med ny dimension.
Medan dessa galaktiska utforskningar har upptäckt ny terräng, såsom åsarna och bågarna, har forskare inte kunnat förklara hur stjärnstrukturer bildas. Ett team som leds av astronomer vid University of Sydney, Australien, beslutade att försöka återskapa några av de funktioner som de ser i stjärnorna i datormodeller.
Forskarna fokuserade på en serie av åtta åsar i Vintergatan som är hopfällbara bredvid varandra som en bergskedja. Gaia-uppgifterna visade att åsarna, som var inklämda i mellersta lagret på Vintergatan, hade vardera samlingar av unika stjärnor som toppade sina toppmöten. Med hjälp av data från ett annat uppdrag som analyserar stjärnornas sammansättning, märkte de att alla stjärnorna hade elementära kompositioner som liknade solens. Eftersom elementkompositionen kan antyda vid stellaråldern berättade detta för dem att dessa unga stjärnor inte var spridda så mycket som äldre stjärnor var, vilket hjälper till att förstå hur åsarna bildades.
Teorier om hur sådana åsar och andra funktioner skapas ingår i två kategorier: interna och externa. Vissa teorier föreslår att inre galaxmekanismer är nyckeln till att bilda galaktisk geografi. Exempelvis kan gravitationsinteraktioner generera resonansvågor som skapar större materialklumpar från mindre. Alternativt kan friktion mellan stjärnorna, gaserna och dammet i galaxen leda till att dessa topografiska drag skapas, precis som kläder i en tvättmaskin trasslar ihop när de rör sig förbi varandra i rengöringsprocessen. Andra teorier föreslår att någon yttre funktion flyttades genom galaxen, som en annan liten dvärg galax, och det är vad som skrynklade stjärnorna. (För att föreställa denna teori, föreställ dig att dra dina fötter när du korsar en matta och får den att fällas upp.)
Teamet använde datasimuleringar av dessa interna och externa processer för att se om fördelningen av stjärnorna kunde återskapas under olika förhållanden. De fann att åsarna matchade närmare de som skapades i isolerade regioner genom en intern process som kallas fasblandning, där grupper av stjärnor gradvis blandas, som rom och koks som rörs om i en cocktail på grund av spiralarmarnas morfing över tid . Dessutom tyckte närvaron av unga stjärnor, som inte har haft så mycket tid att sprida som äldre stjärnor, i åsarna också en närliggande kraft var källan till funktionerna. I simuleringar av regioner som drabbats av gravitation av en förbipasserande galax visade resultaten mycket högre åsar än de som sågs i Vintergatan.
Så höjden på åsarna "kan vara ett sätt att skilja mellan interna och externa processer", säger Shourya Khanna, astronom vid University of Sydney och huvudförfattare i det nya papperet.
Det finns dock fortfarande vissa begränsningar. Forskarna har ännu inte modellerat gas i sin simulering, vilket kan påverka resultaten. Forskning har funnit bevis på att en närliggande galax en gång passerade Vintergatan. Det kan vara den här typen av extern interaktion som tenderar att skapa stjärnor av stjärnor, medan de interna processerna - som fasblandning - är mer ansvariga för åsar, föreslår studien. Med många stjärnor kvar att kataloga kan Gaia ännu ge astronomer fler ledtrådar om krafterna som formar vår galaxs fantastiska geografi.
"Regionen i galaxen där vi för närvarande har mycket information är ganska nära solen, men kommande utsläpp från Gaia borde utvidga storleken på regionen," sa Alice Quillen, astronom vid University of Rochester, som inte var inblandad i studie.
Forskarna publicerade sina resultat online i preprint-tidskriften arXiv och har lämnat in dem för publicering i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
