Galactic Fossil Hunting

når astronomer kigger ind i himlen, ser de også tilbage i tiden. Så når forskere observerer en galakse, der er en milliard lysår fra Jorden, ser de også, hvordan stjernesystemet optrådte en milliard år tidligere, fordi lys fra galaksen tog en milliard år at nå deres instrumenter. Dette forvandler teleskoper til tidsmaskiner, der gør det muligt for astronomer at udforske gammel kosmisk historie. Imidlertid, i modsætning til jordbundne arkæologer, der studerer gamle klipper, astronomer undersøger fossiler lavet af primordialt lys.

• Begyndervejledning til Lcdm-universet
  er det muligt for fjerne galakser at bevæge sig væk fra os hurtigere end lysets hastighed? Se et nøjagtigt billede af universet baseret på Lambda Cold Dark Matter-modellen, den bedste kosmologiske model i dag.
• kilde: Cassiopeiaprojekt

galaksernes oprindelse og udvikling er to af de mest aktivt undersøgte områder inden for astrofysik. En overvældende vægt af beviser har overbevist kosmologer om, at Universet opstod på et bestemt tidspunkt for omkring 13, 6 milliarder år siden i form af en super varm, super tæt ildkugle af energisk stråling kendt som Big Bang-begivenheden.
i dag er Lambda Cold Dark Matter (eller LCDM) modellen den seneste inkarnation af vores forståelse om kosmos Oprindelse. Det repræsenterer en forbedring af big bang-teorien ved at placere det meste af det fysiske stof i universet består af et materiale kaldet mørkt stof.
selvom det ikke kan detekteres ved nuværende instrumentering, mener kosmologer, at mørkt stof består af kolde langsomt bevægende partikler, der ikke udsender elektromagnetisk stråling eller spreder lys, og derfor ser de også mørke ud. Imidlertid kan gravitationseffekten af mørkt stof observeres på synligt materiale, såsom galakser og observationer af baggrundsstråling.

• klumpet tidligt univers
  små mørke stofhaloer kan ses fusionere i denne computersimulering af det tidlige univers baseret på Lambda kold mørk materie teori. Overtid producerer fusionerne en protogalakse.

Lambdaen i teoriens navn tegner sig for tilstedeværelsen af mørk energi, en hypotetisk kraft, der ser ud til at fremskynde universets ekspansion. Teorien blev oprindeligt offentliggjort i 1984 af amerikanske fysikere Joel R. Primack, George Blumenthalog Sandra Moore Faber. I dag omtales det også som den standard kosmologiske model.
ifølge LCDM-teorien var universet intenst varmt, bemærkelsesværdigt glat og i det væsentlige homogent umiddelbart efter Big Bang. Imidlertid begyndte små udsving i tæthed, mindre end en del i hundrede tusind, at dukke op og vokse. Da universet blev afkølet, begyndte klumper af mørkt stof at kondensere, og inden i dem dannede gasmolekyler. På dette tidspunkt var universet næsten udelukkende sammensat af brint, helium og mørkt stof. Dette er den periode, hvor den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling blev udsendt.

gassen og det mørke stof blev gravitationelt tiltrukket af områderne med højere densitet og dannede glorier, der repræsenterede frøene til de første galakser. Da haloerne blev mere massive, begyndte de at kollapse under deres egen vægt og blev protogalakser. Kort efter begyndte brint-og heliumgassen i haloerne at skabe de første stjerner. Derefter fusionerede haloerne over tid for at danne større og større galakser.

• ringe og buer er ikke det eneste bevis på en gammel satellitfusion. Denne animation simulerer fusionen af adskillige ledsagergalakser og demonstrerer, at fjer, spyd, pigge og skaller, der omgiver den primære galakse, også er mulige.
• model animation kredit: James Bullock (UC Irvine)

computersimuleringer har gjort det muligt for teoretikere at følge udviklingen af stof i universet fra kort tid efter Big Bang indtil for nylig. Disse simuleringer hævder, at galaksedannelse i nærvær af koldt mørkt stof forekommer hierarkisk – de første galakser, der dannes, er små dværge, og disse smelter derefter sammen for at danne gradvist større stjernesystemer. Derfor må store galakser som Mælkevejen have forbrugt hundrede eller flere små dværggalakser over tid. Imidlertid, mange af dem kan være så grundigt blandet med stjernerne i deres forældregalakse, at de ikke længere er let identificerbare.
fusioner foretaget i himlen
den mest spektakulære manifestation af denne proces kan være sammensmeltningen af galakser af sammenlignelig størrelse i en proces kendt som en større fusion. Disse begivenheder resulterer ofte i ødelæggelsen af spiralmønsteret i begge fusionerende galakser. Større fusioner kan også udløse stjerneudbrud. Sådanne begivenheder har været relativt sjældne inden for de sidste par milliarder år, og kun en lille procentdel af store galakser er involveret i en igangværende større fusion på ethvert tidspunkt.
mindre fusioner, der involverer forstyrrelse af en dværgsatellitgalakse af en meget mere massiv ledsager, forventes imidlertid at være betydeligt mere almindelige. I henhold til LCDM-modellen skulle der stadig forekomme mindre fusioner i dag. Da stjerneskiven fra den større partner ikke ødelægges under en mindre fusion, tegn på nylige eller igangværende begivenheder skal være tydelige omkring mange spiraler, den mest almindelige type stor galakse.
kosmiske brødkrummer

• Skytten dværggalakse
  Mælkevejens Skytten tidevandsstrøm kan ses strække sig fra den tætte ‘kerne’ af Skytten dværg, indpakning omkring galaksen og faldende gennem solens position.
• Animation credit David lov/University of Virginia

tidevandets ebbe og strøm skabes, når Månen tiltrækker vores planet og dens oceaner forskelligt. Tilsvarende deformerer en stor spiral en kredsende satellitgalakse ved at udøve et stærkere træk på den ene side end den anden. I processen fjernes nogle af satellitens stjerner som et spor af brødkrummer, der efterlader en fossil rekord i form af en stjernernes tidevandsstruktur. Under deres fusion kan Stjerner fra en satellitgalakse trækkes ind i lange vandløb, deponeres i store skaller af affald eller fejes ind i enorme paraplyformede strukturer, der omgiver forældregalaksen og forbliver påviselige i flere milliarder år som en gigantisk kosmisk relikvie.
bevis for den første stjernestrøm blev opdaget i Mælkevejsgalaksen i 90 ‘ erne. kendt som Skytten dværg elliptisk, kredser denne lille satellitgalakse på en vinkelret sti til Mælkevejens brede stjerneplan, der får den til at passere gennem vores galakse. Med hver passage gennem disken fjernes stjerner og danner en tynd strøm.
siden opdagelsen af Skyttens dværggalakse er over 15 stjernestrømme blevet identificeret i halo vores hjemmegalakse og 4 er blevet opdaget i Andromeda-galaksen, vores nærmeste galaktiske nabo.
bevis for tidevandsstrømme ud over den lokale gruppe har dog for det meste været anekdotisk indtil for nylig.

• galakse i en boble. NGC3521 ligger omkring 35 millioner lysår i afstanden mod den nordlige konstellation Leo. Dette nye dybe billede viser flere affaldsskaller, der beviser tidligere fusioner med en eller flere satellitgalakser.
• Fotokredit: R. Jay GaBany Cosmotography.com

ud over den lokale gruppe
i de sidste seks år har Dr. David Martins Delgado fra Planck Institute for Astronomy ledet et internationalt team af professionelle og amatørastronomer, der søger efter stjernestrømme omkring otte nær-spiraler ud over den lokale gruppe ved at analysere ultra-dybe billeder produceret med beskedne, kommercielt tilgængelige instrumenter. Deres indsats førte til opdagelsen af seks omfattende stjernestrukturer omkring flere af de undersøgte galakser. Disse tidligere uopdagede funktioner blev fortolket som affald fra tidligt forstyrrede satellitter. Derudover bekræftede og afklarede deres forskning flere enorme stjernefunktioner, der tidligere var rapporteret, men aldrig fortolket som fossile beviser for mindre fusioner.

• Paraplygalaksen, NGC4651, ligger i stjernebilledet Coma Berenices og ligger omkring 35 millioner lysår fra vores planet. Denne nye visning viser tegn på tidligere fusioner med en eller flere satellitgalakser.
  skallen af stjerneaffald, der tilsyneladende er gennemboret af et smalt tidevandsspyd, stemmer overens med forudsigelser baseret på standardmodellen.
• Fotokredit: R. Jay GaBany Cosmotography.com

sættet af galakser udviste uventede, meget forskellige egenskaber såsom store cirkulære træk, der ligner Mælkevejens Skyttestrøm, fjerntliggende skaller og gigantiske skyer af tidevandsrester samt enorme jetlignende funktioner, der kommer fra galaktiske diske. Sammen med resterne af allerede forstyrrede ledsagere fangede observationerne også overlevende satellitter fanget i tidevandsforstyrrelsen.
tidligere i 2011 blev et nyt billede af NGC 3521 afsluttet, hvilket forbedrer de data, der oprindeligt blev indsamlet til undersøgelsen. Beliggende 35 millioner lysår fra vores planet mod den nordlige konstellation af Leo, er dette stjernesystem klassisk kategoriseret som flokkulent galakse på grund af den enorme mængde materiale, der delvis dækker dens spiralstruktur.
det nye ultra-dybe billede afslører imidlertid tegn på en eller flere tidligere fusioner med dværggalakser, der efterlod synlige understrukturer, såsom en næsten sfærisk sky af affald, der er synlig på dens østlige side og en stor, langstrakt sky mod vest. Begge repræsenterer affaldsskaller, der tilhører en paraplylignende struktur, der ligner den, der ses på billeder afngc 4651. Men, deres løsere udseende antyder, at de blev akkreteret meget længere i fortiden. Derudover, galaksen er indhyllet en boble af flere affaldsskaller, der kan repræsentere yderligere bevis for gamle fusioner.
andre flokkulente galakser har også vist sig at have stjernestrømrester, såsom NGC 5055 (M63), der får nogle til at spekulere i, at dette fænomen kan være knyttet til tidligere mindre fusioner.
en sammenligning medcomputersimuleringer bekræftede den ekstraordinære række strukturer, der blev opdaget af Delgado-teamet. Eksistensen af tidevandsfunktionerne omkring fjerne galakser, der ser ud til at være normale, fra alle andre aspekter, og deres match til LCDM-simuleringerne udgjorde nyt bevis for, at standardmodellen også gælder for fjerne galakser, der ligner Mælkevejen.
ligesom kosmiske arkæologer udgraver astronomer gammelt lys for at afdække sandheden om galaksernes fødsel og udvikling. Stjernestrømme, relikvier fra den hierarkiske fusionsproces forudsagt af lcdm-teorien, blev først identificeret i Mælkevejen og andre galakser i den lokale gruppe. Nu er lignende strukturer set i meget fjernere galakser. Kombineret understøtter disse observationer den nuværende bedste teori, der forklarer, hvordan universet og alt inden i det stammer fra og udviklede sig til i dag.
bogen om videnskabelig viden er dog skrevet på løse bladsider, der revideres, sorteres igen og undertiden fjernes over tid, når nye oplysninger graves op. Derfor, i modsætning til jordbundne fossiler, intet kosmologisk bør betragtes som ætset i sten, fordi der altid kommer noget nyt frem lige over vores horisont.
Læs også:
– en pilotundersøgelse med beskedne blænde teleskoper
– Modeluniverset