Jak misje Webb i Gaia zapewniają nowe spojrzenie na powstawanie galaktyk

Dokonując przełomu w archeologii galaktycznej, astronomowie wykorzystują bardziej szczegółowe informacje, aby prześledzić pochodzenie naszej galaktyki i dowiedzieć się, jak inne galaktyki powstały we wczesnych stadiach wszechświata. Korzystając z potężnych teleskopów kosmicznych, takich jak Gaia i James Webb, astronomowie mogą cofnąć się w czasie i dojrzeć niektóre z najstarszych gwiazd i galaktyk. Pomiędzy danymi Gai dotyczącymi pozycji i ruchów gwiazd w naszej Drodze Mlecznej a obserwacjami Webba dotyczącymi wczesnych galaktyk, które powstały, gdy Wszechświat był jeszcze młody, astronomowie uczą się, w jaki sposób galaktyki łączą się i dokonują zaskakujących odkryć, które sugerują, że wczesny Wszechświat był znacznie bardziej zatłoczony i jaśniejszy, niż ktokolwiek wcześniej sobie wyobrażał.

Najstarsze fragmenty Drogi Mlecznej

W niedawnym artykule naukowcy zidentyfikowali je za pomocą kosmicznego teleskopu Gaia Dwa strumienie gwiazdzwane Shakti i Shiva, każde z nich ma całkowitą masę około 10 milionów słońc i uważa się, że połączyły się z Drogą Mleczną około 12 miliardów lat temu.

Strumienie te istniały jeszcze zanim Droga Mleczna miała takie cechy jak dysk czy ramiona spiralne, a badacze uważają, że mogą być jednymi z najstarszych elementów składowych galaktyki w trakcie jej ewolucji.

„Interesujące jest to, że w ogóle jesteśmy w stanie wykryć te struktury z tak starożytnych czasów” – powiedział główny badacz Khayati Malhan z Instytutu Astronomii Maxa Plancka (MPIA). Siła grawitacji i w zasadzie uformowała proto-Drogę Mleczną.

Miało to miejsce, gdy Wszechświat był jeszcze młody, a pierwsze galaktyki powstały zaledwie około 13 miliardów lat temu. Kiedy te grupy gwiazd zebrały się, tworząc Drogę Mleczną, toczyła się debata na temat tego, czy grupę, do której dołączyły, można nazwać galaktyką. Chociaż istnieje szeroki wymóg grawitacji, aby dana masa gwiazd utrzymywała się w całości, nie ma precyzyjnej definicji, kiedy gromadę gwiazd można nazwać początkiem galaktyki.

„Kiedy miasto jest miastem?” powiedział współautor Hans-Walter Rex, również z MPIA. „Dlatego nie było epoki, w której powstała galaktyka. To był proces ciągły”.

Droga Mleczna jako przypadek testowy

Mając tak wiele wiedzy na temat powstawania galaktyk, warto zacząć od naszej własnej Drogi Mlecznej jako przypadku testowego. Droga Mleczna to „bardzo przeciętna galaktyka” – stwierdził Rex. W porównaniu z resztą wszechświata „połowa gwiazd żyje w większych galaktykach, a połowa gwiazd w mniejszych galaktykach”.

To, co sprawia, że ​​Droga Mleczna jest użyteczna, to fakt, że mamy do niej unikalny dostęp, umożliwiający dostrzeżenie w niej poszczególnych gwiazd. Oznacza to, że badacze mogą zidentyfikować duże gromady gwiazd, które wydają się pochodzić z podobnego wieku i o podobnym stężeniu cięższych pierwiastków. Przyglądanie się każdej z tych gromad pozwala im prześledzić, jak zbudowana jest galaktyka.

Gwiazdy wchodzą do galaktyk na dwa główne sposoby. W pierwszym przypadku występują duże obłoki gazu rozproszone w istniejącej galaktyce, a gaz ten ulega kondensacji, w wyniku czego powstają w nich gwiazdy. Alternatywnie, gwiazdy powstające w galaktyce satelitarnej można wciągnąć do galaktyki macierzystej.

Obecnie gwiazdy powstają głównie w obłokach gazu, a około 90% gwiazd, które widzimy dzisiaj, powstaje w ten sposób. Jednak we wczesnym Wszechświecie opcja akrecji satelitów była znacznie ważniejsza, ponieważ uważa się, że większość gwiazd z tego okresu uformowała się w grudki, które następnie zostały wciągnięte w rodzącą się Drogę Mleczną.

Aby zrozumieć historię Drogi Mlecznej, astronomowie muszą prześledzić pochodzenie tych gromad gwiazd i dowiedzieć się, co przyciągnęło je do znanej nam dzisiaj galaktyki. „Jednym z głównych celów jest możliwość wspólnej rekonstrukcji wczesnych wydarzeń akrecyjnych tych fragmentów?” powiedział Rex.

Korzystając z danych Gaia, badacze byli w stanie wybrać grupy gwiazd o podobnych orbitach, znajdujących się w kierunku centrum galaktyki. Znajduje się mniej więcej w połowie drogi między Ziemią a centrum galaktyki i ma postać grubościennego torusa krążącego wokół centrum galaktyki.

Naukowcy podejrzewają, że dwa strumienie gwiazd, które odkryli, to jedne z ostatnich fragmentów Drogi Mlecznej, które zostały wchłonięte podczas fazy akrecji satelitów, po której powstawanie gwiazd w galaktyce stało się głównym czynnikiem powodującym przyłączanie się gwiazd do galaktyki. „Wygląda na to, że Shakti i Shiva mogli być ostatnim krokiem na tak wczesnym etapie, kiedy składało się to głównie z elementów” – powiedział Rex.