Astronomowie zidentyfikowali dwa najwcześniejsze elementy składowe Drogi Mlecznej: nazwane „Shakti” i „Shiva” – wydają się być pozostałością dwóch galaktyk, które połączyły się między 12 a 13 miliardami lat temu z wczesną wersją Drogi Mlecznej , przyczyniając się do początkowego wzrostu naszej macierzystej galaktyki. Nowe znalezisko jest astronomicznym odpowiednikiem poszukiwania przez archeologów śladów pierwotnej osady, która przekształciła się w duże dzisiejsze miasto. Wymagało to połączenia danych dotyczących prawie 6 milionów gwiazd z misji Gaia należącej do ESA z pomiarami z przeglądu SDSS. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Astrophysical Journal.
Wczesna historia naszej macierzystej galaktyki, Drogi Mlecznej, to okres łączenia mniejszych galaktyk, co daje dość duże elementy składowe. Teraz Khyati Malhan i Hans-Walter Rix z Instytutu Astronomii Maxa Plancka zdołali zidentyfikować dwa najwcześniejsze elementy składowe, które nadal można rozpoznać jako takie: fragmenty protogalaktyczne, które połączyły się z wczesną wersją naszej galaktyki. Droga Mleczna między 12 a 13 miliardów lat temu, na samym początku ery powstawania galaktyk we Wszechświecie. Składniki, które astronomowie nazwali Shakti i Shiva, zidentyfikowano poprzez połączenie danych z satelity astrometrycznego ESA Gaia z danymi z przeglądu SDSS. Dla astronomów wynik jest równoznaczny ze znalezieniem śladów pierwotnej osady, która przekształciła się w duże, dzisiejsze miasto.
Śledzenie pochodzenia gwiazd pochodzących z innych galaktyk
Kiedy galaktyki zderzają się i łączą, kilka procesów zachodzi równolegle. Każda galaktyka niesie ze sobą własny zbiornik wodoru. W wyniku zderzenia obłoki gazu wodorowego ulegają destabilizacji, a wewnątrz powstaje wiele nowych gwiazd. Oczywiście nadchodzące galaktyki również mają już swoje własne gwiazdy, a podczas fuzji gwiazdy z galaktyk będą się mieszać. W dłuższej perspektywie takie „gwiazdy z akrecją” będą również stanowić część populacji gwiazd nowo powstałej połączonej galaktyki. Po zakończeniu łączenia identyfikacja, które gwiazdy pochodzą z której poprzedniczki galaktyki, może wydawać się beznadziejne. Ale tak naprawdę istnieją przynajmniej pewne sposoby na prześledzenie gwiezdnego pochodzenia.
Pomoc pochodzi z podstaw fizyki. Kiedy galaktyki zderzają się, a ich populacje gwiazd mieszają się, większość gwiazd zachowuje bardzo podstawowe właściwości, które są bezpośrednio powiązane z prędkością i kierunkiem galaktyki, z której powstały. Gwiazdy z tej samej galaktyki sprzed połączenia mają podobne wartości zarówno pod względem energii, jak i tego, co fizycy nazywają momentem pędu – pędem związanym z ruchem orbitalnym lub rotacją. W przypadku gwiazd poruszających się w polu grawitacyjnym galaktyki zarówno energia, jak i moment pędu są zachowane: pozostają niezmienione w czasie. Szukaj dużych grup gwiazd o podobnych, nietypowych wartościach energii i momentu pędu – a jest szansa, że znajdziesz pozostałość po fuzji.
Dodatkowe wskazówki mogą pomóc w identyfikacji. Gwiazdy, które powstały niedawno, zawierają więcej cięższych pierwiastków, nazywanych przez astronomów „metalami”, niż gwiazdy, które powstały dawno temu. Im niższa zawartość metalu („metaliczność”), tym wcześniej prawdopodobnie uformowała się gwiazda. Próbując zidentyfikować gwiazdy, które istniały już 13 miliardów lat temu, należy szukać gwiazd o bardzo niskiej zawartości metali („ubogich w metale”).
Wirtualne wykopaliska w dużym zbiorze danych
Identyfikacja gwiazd, które dołączyły do naszej Drogi Mlecznej jako części innej galaktyki, stała się możliwa dopiero stosunkowo niedawno. Wymaga dużych, wysokiej jakości zbiorów danych, a analiza polega na sprytnym przesiewaniu danych, tak aby zidentyfikować poszukiwaną klasę obiektów. Tego rodzaju zbiory danych są dostępne dopiero od kilku lat. Satelita astrometryczny ESA Gaia zapewnia idealny zbiór danych dla tego rodzaju archeologii galaktycznej opartej na dużych zbiorach danych. Wystrzelony w 2013 roku, w ciągu ostatniej dekady dostarczył coraz dokładniejszy zestaw danych, który obejmuje obecnie pozycje, zmiany pozycji i odległości do prawie 1,5 miliarda gwiazd w naszej galaktyce.
Dane Gaia zrewolucjonizowały badania dynamiki gwiazd w naszej macierzystej galaktyce i doprowadziły już do odkrycia nieznanych wcześniej podstruktur. Obejmuje to tak zwany strumień Gaia Enceladus/Sausage, pozostałość po ostatnim większym połączeniu, któremu uległa nasza macierzysta galaktyka, pomiędzy 8 a 11 miliardami lat temu. Obejmuje również dwie struktury zidentyfikowane w 2022 r.: strumień Pontus zidentyfikowany przez Malhana i współpracowników oraz „biedne stare serce” Drogi Mlecznej zidentyfikowane przez Rixa i współpracowników. Ta ostatnia to populacja gwiazd, które powstały podczas początkowych połączeń, które utworzyły proto-Drogę Mleczną i nadal znajdują się w centralnym obszarze naszej galaktyki.
Ślady Shakti i Shivy
Do swoich obecnych poszukiwań Malhan i Rix wykorzystali dane Gai w połączeniu ze szczegółowymi widmami gwiazd z przeglądu Sloan Digital Sky Survey (DR17). Te ostatnie dostarczają szczegółowych informacji o składzie chemicznym gwiazd. Malhan mówi: „Zaobserwowaliśmy, że w przypadku pewnego zakresu gwiazd ubogich w metale gwiazdy były skupione wokół dwóch określonych kombinacji energii i momentu pędu”.
W przeciwieństwie do „biednego starego serca”, które było również widoczne na tych wykresach, dwie grupy podobnie myślących gwiazd miały stosunkowo duży moment pędu, zgodny z grupami gwiazd, które były częścią oddzielnych galaktyk, które połączyły się z Mleczną Sposób. Malhan nazwał te dwie struktury Shakti i Shiva, drugie z głównych bóstw hinduizmu, a pierwsze to żeńska siła kosmiczna, często przedstawiana jako małżonka Śiwy.
Ich energia i wartości momentu pędu, a także ich ogólna niska metaliczność na poziomie „biednego starego serca” sprawiają, że Shakti i Shiva są dobrymi kandydatami na niektórych z najwcześniejszych przodków naszej Drogi Mlecznej. Rix mówi: „Shakti i Shiva mogą być pierwszymi dwoma dodatkami do„ biednego starego serca ” naszej Drogi Mlecznej, inicjującymi jej wzrost w kierunku dużej galaktyki”.
Kilka badań, które już trwają lub które rozpoczną się w ciągu najbliższych kilku lat, dostarczy odpowiednich dodatkowych danych, zarówno widm (SDSS-V, 4MOST), jak i dokładnych odległości (LSST/Obserwatorium Rubina), powinno umożliwić astronomom podjęcie wiążącej decyzji czy Śakti i Śiwa są rzeczywiście przebłyskiem najwcześniejszej prehistorii naszej macierzystej galaktyki.