W ciągu miliardów lat galaktyki rosną i ewoluują, tworząc nowe gwiazdy i łącząc się z innymi galaktykami poprzez trafnie nazwane wydarzenia „imigracji galaktycznej”. Astronomowie próbują odkryć historie tych wydarzeń imigracyjnych, badając ruchy poszczególnych gwiazd w całej galaktyce i jej rozszerzone halo gwiazd i ciemnej materii. Jednak taka kosmiczna archeologia była możliwa do tej pory tylko w naszej własnej galaktyce, Drodze Mlecznej.
Międzynarodowy zespół naukowców odkrył uderzające nowe dowody na dużą galaktyczną imigrację w Galaktyce Andromedy, najbliższej dużej galaktycznej sąsiadce Drogi Mlecznej. Nowe wyniki uzyskano za pomocą Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) DOE na 4-metrowym Teleskopie Nicholasa U. Mayalla w Kitt Peak National Observatory, Program NOIRLab NSF.
Mierząc ruchy prawie 7500 gwiazd w wewnętrznym halo Galaktyki Andromedy, znanej również jako Messier 31 (M31), zespół odkrył charakterystyczne wzorce w pozycjach i ruchach gwiazd, które ujawniły, w jaki sposób gwiazdy te rozpoczęły swoje życie jako część innego galaktyka, która połączyła się z M31 około 2 miliardów lat temu. Chociaż takie wzorce od dawna przewidywała teoria, nigdy nie widziano ich z taką wyrazistością w żadnej galaktyce.
„Nasze nowe obserwacje najbliższego dużego galaktycznego sąsiada Drogi Mlecznej, Galaktyki Andromedy, ujawniają dowody galaktycznej imigracji w najdrobniejszych szczegółach” – wyjaśnił Arjun Dey, astronom z NOIRLab NSF i główny autor artykułu przedstawiającego wyniki badań. „Chociaż nocne niebo może wydawać się niezmienne, Wszechświat jest dynamicznym miejscem. Galaktyki takie jak M31 i nasza Droga Mleczna są zbudowane z elementów składowych wielu mniejszych galaktyk na przestrzeni kosmicznej historii”.
„Nigdy wcześniej nie widzieliśmy tego tak wyraźnie w ruchach gwiazd, ani też niektórych struktur powstałych w wyniku tego połączenia” – powiedział Sergey Koposov, astrofizyk z University of Edinburgh i współautor artykułu. „Nasz wyłaniający się obraz pokazuje, że historia Galaktyki Andromedy jest podobna do naszej własnej Galaktyki, Drogi Mlecznej. Wewnętrzne halo obu galaktyk jest zdominowane przez jedno wydarzenie imigracyjne”.
Badania te rzucają światło nie tylko na historię naszych galaktycznych sąsiadów, ale także na historię naszej własnej galaktyki. Większość gwiazd w halo Drogi Mlecznej powstała w innej galaktyce, a później migrowała do naszej własnej w wyniku fuzji galaktycznej 8-10 miliardów lat temu. Badanie reliktów podobnego, ale nowszego połączenia galaktyk w M31 daje astronomom wgląd w jedno z głównych wydarzeń w przeszłości Drogi Mlecznej.
Aby prześledzić historię migracji w M31, zespół zwrócił się do DESI. DESI został skonstruowany w celu mapowania dziesiątek milionów galaktyk i kwazarów w pobliskim Wszechświecie w celu zmierzenia wpływu ciemnej energii na rozszerzanie się Wszechświata. Jest to najpotężniejszy spektrograf do przeglądów wielu obiektów na świecie i jest w stanie mierzyć widma ponad 100 000 galaktyk w ciągu nocy. Światowej klasy możliwości DESI można jednak również wykorzystać bliżej domu, a instrument był kluczowy dla badania zespołu M31.
„Ta nauka nie mogłaby zostać przeprowadzona w żadnym innym ośrodku na świecie. Niesamowita wydajność, przepustowość i pole widzenia DESI sprawiają, że jest to najlepszy system na świecie do przeprowadzania przeglądu gwiazd w Galaktyce Andromedy” – powiedział Dey . „W ciągu zaledwie kilku godzin obserwacji DESI był w stanie przewyższyć ponad dekadę spektroskopii za pomocą znacznie większych teleskopów”.
Chociaż Teleskop Mayalla został ukończony 50 lat temu (pierwsze światło zaświecił w 1973 r.), pozostaje światowej klasy obiektem astronomicznym dzięki ciągłym modernizacjom i najnowocześniejszemu oprzyrządowaniu. „Pięćdziesiąt lat brzmi jak długi czas i naiwnie można by pomyśleć, że to naturalny czas życia obiektu” – powiedział współautor Joan R. Najita, również z NOIRLab. „Ale dzięki odnowie i ponownemu użyciu czcigodny teleskop, taki jak Mayall, może nadal dokonywać niesamowitych odkryć, mimo że jest stosunkowo mały jak na dzisiejsze standardy”.
Badania przeprowadzono we współpracy z dwoma studentami Uniwersytetu Harvarda, Gabrielem Maxeminem i Joshuą Josephy-Zackiem, którzy związali się z projektem za pośrednictwem Radcliffe Institute for Advanced Study. Najita była stypendystką Radcliffe w latach 2021-2022.
Zespół planuje teraz wykorzystać niezrównane możliwości DESI i Teleskopu Mayalla do zbadania większej liczby odległych gwiazd M31, w celu ujawnienia jej struktury i historii imigracji w niespotykanych dotąd szczegółach.
„To niesamowite, że możemy patrzeć na niebo i czytać miliardy lat historii innej galaktyki zapisanej w ruchach jej gwiazd – każda gwiazda opowiada część historii” – podsumował Najita. „Nasze wstępne obserwacje przekroczyły nasze najśmielsze oczekiwania i teraz mamy nadzieję przeprowadzić przegląd całego halo M31 za pomocą DESI. Kto wie, jakie nowe odkrycia czekają!”