science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De oorsprong van de Melkweg is niet wat ze lijken

Paar nabije sterrenstelsels met mogelijke intergalactische overdracht:deze afbeelding toont M81 (rechtsonder) en M82 (linksboven), een paar nabijgelegen sterrenstelsels waar 'intergalactische overdracht' kan plaatsvinden. Gas dat wordt uitgestoten door supernova-explosies in M ​​82 kan door de ruimte reizen en uiteindelijk bijdragen aan de groei van M 81. Krediet:Fred Herrmann, 2014, cs.astronomy.com/asy/m/galaxies/489483.aspx

In een eerste-van-zijn-soort analyse, Astrofysici van de Northwestern University hebben ontdekt dat, in tegenstelling tot voorheen standaard overlevering, tot de helft van de materie in ons Melkwegstelsel kan afkomstig zijn van verre sterrenstelsels. Als resultaat, ieder van ons kan gedeeltelijk uit extragalactische materie bestaan.

Met behulp van supercomputersimulaties, het onderzoeksteam vond een belangrijke en onverwachte nieuwe modus voor hoe sterrenstelsels, inclusief onze eigen Melkweg, hebben hun materie verworven:intergalactische overdracht. De simulaties laten zien dat supernova-explosies grote hoeveelheden gas uit sterrenstelsels uitstoten, waardoor atomen via krachtige galactische winden van het ene sterrenstelsel naar het andere worden getransporteerd. Intergalactische overdracht is een nieuw geïdentificeerd fenomeen, welke simulaties aangeven, zal van cruciaal belang zijn om te begrijpen hoe sterrenstelsels evolueren.

"Gezien hoeveel van de materie waaruit we zijn gevormd afkomstig kan zijn van andere sterrenstelsels, we zouden onszelf als ruimtereizigers of extragalactische immigranten kunnen beschouwen, " zei Daniel Anglés-Alcázar, een postdoctoraal onderzoeker in het astrofysicacentrum van Northwestern, CIERA (Centrum voor Interdisciplinaire Exploratie en Onderzoek in Astrofysica), die de studie leidde. "Het is waarschijnlijk dat veel van de materie van de Melkweg zich in andere sterrenstelsels bevond voordat het werd uitgestoten door een krachtige wind, reisde door de intergalactische ruimte en vond uiteindelijk zijn nieuwe thuis in de Melkweg."

Sterrenstelsels zijn ver van elkaar verwijderd, dus hoewel galactische winden zich met honderden kilometers per seconde voortplanten, dit proces vond plaats gedurende enkele miljarden jaren.

Professor Claude-André Faucher-Giguère en zijn onderzoeksgroep, samen met medewerkers van het FIRE-project ("Feedback In Realistische Omgevingen"), die hij mede leidt, had geavanceerde numerieke simulaties ontwikkeld die realistische 3D-modellen van sterrenstelsels produceerden, na de vorming van een melkwegstelsel van net na de oerknal tot op de dag van vandaag. Anglés-Alcázar ontwikkelde vervolgens ultramoderne algoritmen om deze schat aan gegevens te ontginnen en te kwantificeren hoe sterrenstelsels materie uit het universum verwerven.

Een Melkweg-achtig sterrenstelsel (Messier 101):Een close-up van het Messier 101 sterrenstelsel, dat is een spiraalstelsel vergelijkbaar met het Melkwegstelsel. De Messier 101 heeft een pannenkoekachtige vorm die we face-on bekijken. Dit perspectief pronkt met de spiraalstructuur die het de bijnaam de 'Pinwheel Galaxy' geeft. Krediet:NASA

De studie, waarvoor het equivalent van enkele miljoenen uren continu computergebruik nodig was, wordt op 26 juli (27 juli in het VK) gepubliceerd door de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

"Deze studie transformeert ons begrip van hoe sterrenstelsels zijn gevormd door de oerknal, " zei Faucher-Giguère, een co-auteur van de studie en assistent-professor natuurkunde en sterrenkunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences.

"Wat deze nieuwe modus inhoudt, is dat tot de helft van de atomen om ons heen - inclusief in het zonnestelsel, op aarde en in ieder van ons – komt niet van ons eigen melkwegstelsel maar van andere melkwegstelsels, tot een miljoen lichtjaar verwijderd, " hij zei.

Door de complexe materiestromen in de simulaties in detail te volgen, het onderzoeksteam ontdekte dat gas van kleinere sterrenstelsels naar grotere sterrenstelsels stroomt, zoals de Melkweg, waar het gas sterren vormt. Deze overdracht van massa door galactische winden kan tot 50 procent van de materie in de grotere sterrenstelsels uitmaken.

"In onze simulaties we waren in staat om de oorsprong van sterren in Melkweg-achtige sterrenstelsels te traceren en te bepalen of de ster is gevormd uit materie die endemisch is voor het sterrenstelsel zelf of dat hij in plaats daarvan is gevormd uit gas dat eerder in een ander sterrenstelsel aanwezig was, " zei Anglés-Alcázar, de corresponderende auteur van de studie.

Dit is een animatie van gasstromen tijdens de vorming van een Melkwegachtig sterrenstelsel:Deze animatie toont de complexe gasstromen die deelnemen aan de vorming van een Melkwegachtig sterrenstelsel, zoals te zien is in de FIRE-simulaties. Face-on (links) en edge-on (rechts) weergaven worden weergegeven. Krediet:Philip Hopkins, Caltech

In een melkweg, sterren zijn aan elkaar gebonden:een grote verzameling sterren die rond een gemeenschappelijk zwaartepunt draaien. Na de oerknal 14 miljard jaar geleden, het universum was gevuld met een uniform gas - geen sterren, geen sterrenstelsels. Maar er waren kleine verstoringen in het gas, en deze begonnen te groeien door de zwaartekracht, uiteindelijk vormen ze sterren en sterrenstelsels. Nadat sterrenstelsels waren gevormd, elk had zijn eigen identiteit.

"Onze oorsprong is veel minder lokaal dan we eerder dachten, " zei Faucher-Giguère, een CIERA-lid. "Deze studie geeft ons een idee van hoe dingen om ons heen zijn verbonden met verre objecten in de lucht."

De bevindingen openen een nieuwe onderzoekslijn in het begrijpen van de vorming van sterrenstelsels, zeggen de onderzoekers, en de voorspelling van intergalactische overdracht kan nu worden getest. Het Northwestern-team is van plan om samen te werken met observationele astronomen die werken met de Hubble Space Telescope en observatoria op de grond om de simulatievoorspellingen te testen.

De simulaties zijn uitgevoerd en geanalyseerd met behulp van de supercomputerfaciliteiten Extreme Science and Engineering Discovery Environment van de National Science Foundation, evenals Northwestern's Quest high-performance computercluster.

De studie is getiteld "The Cosmic Baryon Cycle and Galaxy Mass Assembly in the FIRE Simulations."