Is de Melkweg normaal?

Het bestuderen van de grootschalige structuur van ons sterrenstelsel is niet eenvoudig. We hebben niet zo’n duidelijk beeld van de vorm en kenmerken van de Melkweg als van andere sterrenstelsels, grotendeels omdat we erin leven. Maar we hebben enkele voordelen. Binnenin zijn we in staat om close-ups te maken van de sterrenpopulatie in de Melkweg en hun chemische samenstelling. Dit geeft onderzoekers de tools die ze nodig hebben om ons sterrenstelsel te vergelijken met de vele miljoenen in het universum.

Deze week heeft een internationaal team van onderzoekers uit de VS, het VK en Chili een artikel uitgebracht dat precies dat doet. Ze groeven door een catalogus van tienduizend sterrenstelsels Geproduceerd door de Sloan Digital Sky Survey, zoekt het naar sterrenstelsels met vergelijkbare eigenschappen als de onze.

Ze ontdekken dat de Melkweg een tweeling heeft – velen van hen – maar hetzelfde aantal lijkt slechts oppervlakkig op elkaar, met fundamentele verschillen begraven in de gegevens. Wat ze ontdekten, heeft implicaties voor de toekomstige evolutie van ons sterrenstelsel.

Datamining

Om hun zoektocht te beginnen, vernauwden de onderzoekers de steekproefomvang door die sterrenstelsels te selecteren die overeenkwamen met wat we weten over de Melkweg in drie brede categorieën. Eerst filterden ze op sterrenstelsels met een totale massa die vergelijkbaar is met die van de Melkweg. Ten tweede sloten ze sterrenstelsels uit met een significant andere “totale uitstulpingsverhouding” (de grootte van een sterrenstelsel in vergelijking met zijn heldere centrale kern). Ten slotte selecteerden ze alleen sterrenstelsels van het vergelijkbare Hubble-type, een classificatiesysteem dat sterrenstelsels groepeert op basis van hun vorm.

Sommige sterrenstelsels, zoals het onze, hebben een spiraalvorm, terwijl andere sterrenstelsels, meestal ouder dan zij, gevormd zijn als vage klodders en bekend staan ​​als Elliptische sterrenstelsels. Andere verbeteringen zijn mogelijk binnen Hubble beoordelingssysteeminclusief de staafvormige middelpunten van sommige spiralen, bijvoorbeeld, maar het idee was om de classificaties te gebruiken om benaderingen voor de Melkweg te vinden om aan het meer gedetailleerde werk te beginnen.

Aan het einde van dit proces had het team 138 sterrenstelsels die oppervlakkig gezien veel op de onze leken. Van daaruit kunnen ze in de details graven om te zien hoe dicht onze galactische neven bij onszelf staan.

Ze stopten de gegevens in een model dat stervorming voorspelt, rekening houdend met hoe stellaire winden overtollig gas wegblazen van de aarde. sterrenstelsels, die naar het galactische centrum kan worden getrokken. Het model hield ook rekening met de chemische samenstelling en metalliciteit van materialen in verschillende delen van de sterrenstelsels.

Dus wat hebben ze gevonden?

Het blijkt dat er echt sterrenstelsels zijn die erg op de onze lijken. 56 van de 138 sterrenstelsels in de steekproef bevonden zich dicht bij huis.

Wat deze Melkwegachtige sterrenstelsels onderscheidt, is dat ze een lange tijdschaal hebben waarin stervorming plaatsvindt in hun buitenste regionen, waardoor gestaag nieuwe sterren worden geboren. Aan de andere kant beleeft het binnenste gebied een dramatische periode van intense stervorming in het begin van de galactische geschiedenis, aangedreven door een gasstroom die vanuit het buitenste gebied naar binnen wordt getrokken naar het centrum. Later vond er een veel langzamere periode van stervorming plaats in de kern, waarbij werd vertrouwd op hergebruikt gas dat werd uitgestoten door oude sterren in het buitenste gebied. Deze nieuwe sterren, die zijn gemaakt van gerecyclede materialen, hebben een hoger niveau van metalliciteit, b zwaardere artikelen geënt op degenen die ontbraken in de eerste generatie sterren. We zien dit patroon ook hier thuis in ons melkwegstelsel.

Maar dit geldt niet voor alle 138 bestudeerde sterrenstelsels. Een groot deel van de sterrenstelsels die op het eerste gezicht op de Melkweg leken, zien er bij nader inzien uiteindelijk heel anders uit. Deze vallen in twee categorieën.

De eerste categorie (bestaande uit 55 van de 138 sterrenstelsels) zijn sterrenstelsels die helemaal geen onderscheid lijken te maken tussen hun binnenste en buitenste regionen. Deze sterrenstelsels ervaren stervorming gelijkmatig, in een langzaam, langdurig proces zonder een wilde explosie in de kern. In deze sterrenstelsels zien de sterren in zowel het binnenste als het buitenste gebied er identiek uit.

Ondertussen bestaat de tweede categorie uit wat bekend staat als “centraal uitgedoofde” sterrenstelsels (27 van 138), en dit is misschien wel de vreemdste groep. Deze uitschieters lijken geen significante periode van recente stervorming te missen uit materiaal dat in hun kernen is gerecycled, wat betekent dat de radiale uitstroom van gas uit de buitenste gebieden die we in de Melkweg zien, niet voorkomt in deze sterrenstelsels.

Een consistent kenmerk van deze centraal uitgedoofde sterrenstelsels is dat ze in de regel het grootste deel van hun stervorming in het verleden lijken te hebben voltooid, wat erop wijst dat ze mogelijk ouder zijn dan de Melkweg.

Als dit waar is, kijken we misschien uit naar de toekomst van de Melkweg. Ons sterrenstelsel kan op een dag eindigen met een gedempt centrum, en daarom zijn deze sterrenstelsels een voorbode van de volgende fase in galactische evolutie.

“Misschien zijn deze sterrenstelsels de evolutionaire opvolgers van de Melkweg, die verder weg zijn in zijn leven”, schreven de auteurs.

Het brengt ook enkele andere mogelijke verklaringen naar voren, zoals een te actieve galactische kern die verstikking zou kunnen ondergaan vorming van sterren in de binnengebieden van sterrenstelsels.

Er valt nog veel te leren, maar deze studie biedt tal van nieuwe mogelijkheden om van te smullen als het gaat om galactische evolutie. Het laat in wezen zien dat we niet helemaal uniek zijn. Er is een enorme diversiteit aan soorten melkwegstelsels in het universum, maar sommige spelen in ieder geval volgens dezelfde regels als de Melkweg, en velen bevinden zich in dezelfde levensfase. Het bestuderen van deze vergelijkbare vormen kan ons helpen meer te weten te komen over ons huis, waardoor we het op één na beste kunnen zijn om ons sterrenstelsel voor een spiegel te houden en ons onze eigen spiegelbeeld te laten zien.

Het artikel, “Are Milky Way-like Galaxies Like the Milky Way? View from SDSS-IV/MaNGA”, is beschikbaar in preprint-formaat op arXiv.