Liksom många andra spiralgalaxer i universum består mjölkväggalaksen av två skivliknande strukturer - den tunna disken och den tjocka skivan. Den tjocka skivan, som omsluter den tunna disken, innehåller cirka 20% av Vintergatan stjärnor och anses vara den äldre av paret baserat på sammansättningen av dess stjärnor (som har större metallicitet) och dess puffier karaktär.
I en nyligen genomförd studie använde emellertid ett team med 38 forskare under ledning av forskare från Australiens ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in Three Dimensions (ASTRO-3D) data från den nu pensionerade Kepler uppdrag att mäta stjärnbävningar på mjölkvägens disk. Från detta har de reviderat de officiella uppskattningarna om åldern på mjölkvägens tjocka skiva, som de konstaterar är cirka 10 miljarder år gammal.
Studien som beskriver deras resultat - med titeln "The K2-HERMES Survey: age and metallicity of the thick plate" - dykte nyligen upp i Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society. Forskningsteamet leddes av Dr. Sanjib Sharma från Sydney Institute for Astronomy och ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in Three Dimensions (ASTRO-3D) och inkluderade medlemmar från flera universitet och forskningsinstitut.
För att bestämma den tjocka skivans ålder använde Dr. Sharma och hans team en metod känd som asteroseismologi. Detta består av att mäta en stjärns svängningar orsakade av stjärnbävningar, där stjärnskorporna genomgår plötsliga förändringar som liknar jordbävningar. Denna process gör det möjligt för forskare att bedriva ”galaktisk-arkeologi”, där de kan se tillbaka i tiden till bildandet av Vintergatan (för över 13 miljarder år sedan).
Som Dennis Stello - en docent vid University of New South Wales och en medförfattare till studien - förklarade detta gjorde det möjligt för dem att bestämma en stjärnas interna strukturer:
”Skalven genererar ljudvågor i stjärnorna som får dem att ringa eller vibrera. De producerade frekvenserna berättar för oss om stjärnornas interna egenskaper, inklusive deras ålder. Det är lite som att identifiera en fiol som en Stradivarius genom att lyssna på ljudet som den gör. "
Det är viktigt att notera att astronomer inte kan upptäcka verkliga "ljud" genererade av stjärnor. Istället mäts rörelser inom en stjärns inre baserat på förändringar i en stjärns ljusstyrka. Tidigare hade astronomer noterat att observationer utförda av Kepler uppdraget överensstämde inte med modeller av Vintergatan struktur - som förutspådde att den tjocka skivan skulle innehålla fler stjärnor med låg massa.
Fram till nu var det oklart om denna skillnad berodde på felaktigheter i de galaktiska modellerna, eller på grund av ett problem i stjärnornas urvalskriterier. Använda ny data från K2 uppdrag, Sharma och hans kollegor fann att det var det förra. I grund och botten antog tidigare galaktiska modeller att den tjocka disken var befolkad av stjärnor med låg massa och lågmetallicitet.
Men med hjälp av K2 uppdragsdata för att utföra en ny spektroskopisk analys, Dr. Sharma och hans team bestämde att den kemiska sammansättningen som införlivades i befintliga modeller var felaktig, vilket ledde till felaktiga uppskattningar av deras åldrar. Genom att ta hänsyn till detta kunde Dr. Sharma och hans team föra asteroseismiska data i linje med vad galaktiska modeller förutspådde. Som Dr. Sharma förklarade:
”Detta fynd rensar upp ett mysterium… Tidigare data om åldersfördelningen av stjärnor på skivan stämde inte med de modeller som konstruerats för att beskriva det, men ingen visste var felet låg - i data eller modeller. Nu är vi ganska säkra på att vi har hittat det. ”
Sedan det lanserades 2009 samlade de uppgifter som samlats in av Kepler uppdraget föreslog att det fanns mycket mer yngre stjärnor på den tjocka skivan än modeller förutspådde. Även om den inte främst var utformad för att utföra astroarkaeologi, är dess förmåga att mäta förändringar i en stjärns ljusstyrka (uppenbarligen på grund av planetövergångar) väl lämpad för mätning av stjärnbävningar.
"Stjärnor är bara sfäriska instrument fulla av gas, men deras vibrationer är små, så vi måste titta mycket noggrant," sade Sharma. ”De utsökta ljusstyrkan mätningar gjorda av Kepler var idealiska för det. Teleskopet var så känsligt att det skulle ha kunnat upptäcka fördjupningen av en bilstrålkastare när en loppa gick över det. ”
Dessa resultat visar att även efter att två av dess reaktionshjul misslyckades 2013, Kepler kunde fortfarande göra värdefulla observationer som en del av dess K2 kampanj. Resultaten från denna studie är också en stark indikation på den asteroseismologiska analyskraften och dess förmåga att uppskatta stjärnorna. Fler avslöjanden förväntas när forskare fortsätter att hälla över data som erhållits av uppdraget innan det upphörde med verksamheten i november 2018.
Analysen av dessa data kommer att kombineras med ny information som samlats in av NASA: s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - Kepler'S andliga efterträdare, som tog sig till rymden bara sju månader innan Kepler pensionerad. Denna information kommer att förbättra åldersuppskattningarna för ännu fler stjärnor på disken och hjälpa astronomer att lära sig mer om Vintergatan bildning och utveckling.
