Zoals de meeste spiraalstelsels, de Melkweg heeft een ongeveer bolvormige verzameling sterren in het midden, de uitstulping. Hoe de uitstulping is gevormd, is een lang bestaand mysterie geweest, met veel studies die suggereren dat het in de loop van de tijd is opgebouwd door meerdere uitbarstingen van stervorming.

Uit nieuw onderzoek blijkt dat de meeste sterren in de centrale uitstulping van ons melkwegstelsel meer dan 10 miljard jaar geleden in een enkele uitbarsting van stervorming zijn gevormd. Om tot deze conclusie te komen, astronomen onderzochten miljoenen sterren over 200 vierkante graden hemel - een gebied gelijk aan 1, 000 volle manen. De resulterende schat aan gegevens zal naar verwachting nog veel meer wetenschappelijke onderzoeken aanwakkeren.

Ons Melkwegstelsel heeft de vorm van twee gebakken eieren die rug aan rug zijn gelijmd. Een centrale uitstulping van sterren bevindt zich in het midden van een uitgestrekte schijf van sterren. Hoewel dit een veelvoorkomend kenmerk is van talloze spiraalstelsels, astronomen hebben tientallen jaren besteed aan het uitzoeken hoe en wanneer de centrale uitstulping van de Melkweg zou kunnen zijn gevormd. Waren de sterren in de uitstulping vroeg in de geschiedenis van onze melkweg geboren, 10 tot 12 miljard jaar geleden? Of is de uitstulping in de loop van de tijd opgebouwd door meerdere afleveringen van stervorming?

Sommige studies hebben bewijs gevonden voor ten minste twee stervormende uitbarstingen, wat leidt tot stellaire populaties zo oud als 10 miljard jaar of zo jong als 3 miljard. Nutsvoorzieningen, een uitgebreid nieuw onderzoek van miljoenen sterren vindt in plaats daarvan dat de meeste sterren in de centrale 1, 000 lichtjaar van het knooppunt van de Melkweg werd gevormd toen het meer dan 10 miljard jaar geleden werd volgezogen met invallend gas. Dit proces kan zijn veroorzaakt door eenvoudige aanwas van oermateriaal, of iets dramatischers, zoals samensmelten met een ander jong sterrenstelsel.

"Veel andere spiraalstelsels lijken op de Melkweg en hebben vergelijkbare uitstulpingen, dus als we kunnen begrijpen hoe de Melkweg zijn uitstulping heeft gevormd, dan hebben we een goed idee van hoe de andere sterrenstelsels dat ook deden, " zei co-hoofdonderzoeker Christian Johnson van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland.

"Dit onderzoek geeft ons een groot beeld van de uitstulping op een manier die veel eerdere onderzoeken niet konden doen, " voegde co-auteur Caty Pilachowski van de Indiana University in Bloomington toe, Indiana.

Er jonger uitzien dan hun leeftijd

Om tot hun conclusie te komen, het team bestudeerde de chemische samenstelling van de sterren. Zoals veel Hollywood-sterren, sterren in de galactische uitstulping zien eruit alsof ze een kosmische Botox-behandeling hebben ondergaan - ze lijken jonger dan ze zijn. Dat komt omdat ze ongeveer dezelfde hoeveelheid zware elementen (zwaarder dan waterstof en helium) bevatten als de zon - wat astronomen metalen noemen. Dat is verrassend omdat metalen tijd nodig hebben om zich op te hopen. Ze moeten zijn gemaakt door eerdere generaties sterren, uitgestoten door stellaire winden of supernova's, en vervolgens opgenomen in latere generaties.

onze zon, op 4,5 miljard jaar oud, is een relatieve nieuwkomer, dus het is logisch dat het vol zit met metalen. In tegenstelling tot, de meeste oude sterren in onze melkweg missen zware elementen. En toch zijn bulge stars ondanks hun hoge leeftijd met metaal verrijkt.

"Er gebeurde iets anders in de uitstulping. De metalen daar bouwden zich heel, heel snel, mogelijk in de eerste 500 miljoen jaar van zijn bestaan, " zei co-hoofdonderzoeker Michael Rich van de Universiteit van Californië, Los Angeles.

Het team gebruikte de gemeten helderheid van sterren op verschillende golflengten van licht, vooral in het ultraviolet, om hun metaalgehalte te bepalen. Van sterren die zich op verschillende tijdstippen vormen, wordt verwacht dat ze gemiddeld verschillende metalliciteiten hebben. In plaats daarvan, ze ontdekten dat sterren binnen 1, 000 lichtjaar van het galactische centrum toonde een verdeling van metalen geclusterd rond een enkel gemiddelde. Als sterren studenten waren en metallicities Amerikaanse cijfers, uitpuilende sterren zouden allemaal een solide 'C'-gemiddelde hebben, in plaats van een groep 'A'-studenten en een groep 'D'-studenten. Dit suggereert dat die sterren gevormd zijn in een korte vuurstorm van stergeboorte.

Grote foto's, grote gegevens

Het team onderzocht een deel van de lucht dat meer dan 200 vierkante graden beslaat, een gebied dat ongeveer gelijk is aan 1, 000 volle manen. Ze gebruikten de Dark Energy Camera (DECam) op de Victor M. Blanco 4-meter Telescope van het Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chili, een programma van NSF's NOIRLab. Deze groothoekcamera is in staat om 3 vierkante graden hemel vast te leggen in een enkele belichting.

Het team verzamelde meer dan 450, 000 individuele foto's waarmee ze de chemische samenstelling van miljoenen sterren nauwkeurig konden bepalen. Een substeekproef van 70, Voor dit onderzoek werden 000 sterren geanalyseerd.

"Ons onderzoek is uniek omdat we in staat waren om een ​​doorlopend deel van de uitstulping te scannen met golflengten van licht van ultraviolet tot zichtbaar tot nabij-infrarood. Dat stelt ons in staat om een ​​duidelijk beeld te krijgen van wat de verschillende componenten van de uitstulping zijn en hoe ze samen passen, " zei Johnson.

De schat aan gegevens die door dit onderzoek worden verzameld, zal aanleiding geven tot aanvullende wetenschappelijke onderzoeken. Bijvoorbeeld, de onderzoekers onderzoeken de mogelijkheid om stellaire afstanden te meten om een ​​nauwkeurigere 3D-kaart van de uitstulping te maken. Ze zijn ook van plan om correlaties te zoeken tussen hun metalliciteitsmetingen en stellaire banen. Dat onderzoek zou "zwerm" sterren kunnen lokaliseren met vergelijkbare banen, die de overblijfselen kunnen zijn van verstoorde dwergstelsels, of identificeer tekenen van accretie, zoals sterren die tegengesteld aan de rotatie van de melkweg draaien.

Is de geschiedenis van de uitstulping van de Melkweg uniek of gebruikelijk in de evolutie van sterrenstelsels? Om die vraag te beantwoorden, astronomen zullen naar sterrenstelsels in de verte moeten kijken, jong universum - een taak waarvoor NASA's James Webb Space Telescope speciaal is ontworpen. "Met Webb, we zullen op de eerste rij zitten om sterrenstelsels zoals onze Melkweg te bekijken, " zei Rijk.

De Blanco DECam Bulge Survey is genoemd ter ere van Victor en Betty Blanco. Victor Blanco was de eerste directeur van het Cerro-Tololo Inter-American Observatory; hij en Betty Blanco waren ook de pioniers van de studie van de galactische uitstulping en Magelhaense Wolken met behulp van de 4-meter telescoop van het observatorium.

Deze resultaten worden gerapporteerd in twee begeleidende papers die zijn geaccepteerd voor publicatie in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .