Hoe hebben grote sterrenstelsels, zoals onze eigen Melkweg en het nabijgelegen Andromedastelsel, voortkomen uit de karakterloze soep die bestond na de geboorte van ons universum?

Decennia van waarnemingen en theoretische inspanningen hebben een beeld opgeleverd waarin atomen zich samenvoegen tot sterrenstelsels, getrokken door de aantrekkingskracht van donkere materie. Onze synthetische universums, gemaakt en ontwikkeld op de krachtigste supercomputers, prachtig overeenkomen met de verdeling van sterrenstelsels die we in het heelal zien.

Het begrijpen van de kleinschalige details zal astronomen de komende decennia bezighouden, maar het lijkt erop dat sterrenstelsels in de loop van de tijd worden opgebouwd door kleinere systemen die te dichtbij afdwalen, te verzamelen (verzamelen).

En in de afgelopen decennia het is duidelijk geworden dat de ijle stellaire halo die grote sterrenstelsels omringt, de aanwijzingen bevat voor het ontrafelen van de aanwasgeschiedenis van sterrenstelsels.

Sterrenstelsels ontleden

Een groot spiraalstelsel kan worden opgesplitst in drie belangrijke stukken:de uitstulping, de schijf en de halo.

De uitstulping en de schijf zijn de thuisbasis van de overgrote meerderheid van de honderden miljarden sterren die de melkweg vormen, terwijl slechts 1% van de sterren te vinden is in de halo die een melkwegstelsel omhult.

De halo herbergt enkele van de oudste sterren die in een melkwegstelsel te vinden zijn. Het is ook de thuisbasis van bolvormige sterrenhopen, de oudste gebonden groepen sterren die we in het heelal kennen.

Deze suggereren dat de halo de eerste galactische component was die werd gevormd, en het zou een van de best bewaarde records moeten bevatten voor de vormingsgeschiedenis van een melkwegstelsel.

Maar om de geheimen te onthullen die verborgen zijn in een melkwegstelsel, astronomen moeten een forensische benadering volgen en naar de stellaire halo kijken als een plaats delict.

Galactische kannibalen

Het is binnen de stellaire halo dat kleinere dwergstelsels hun uiteindelijke lot tegemoet gaan, verliezen hun strijd met de vernietigende krachten van de zwaartekracht.

Deze dwergsterrenstelsels zijn gestript, lastiggevallen en verspreid totdat ze zich uiteindelijk vermengen met de sterren van de grotere melkweg.

Maar deze vernietiging, dit galactische kannibalisme, kan vele miljarden jaren duren, en we verwachten zelfs vandaag de dag nog de voortdurende vernietiging van dwergsterrenstelsels te kunnen opvangen.

Er is observationeel bewijs voor het bestaan ​​van een reeks substructuren in halo's van sterrenstelsels, zoals getijstromen en stellaire schelpen, geopenbaard in onze eigen Melkweg en de naburige Andromeda Galaxy.

Het is binnen deze sterrenstelsels dat we individuele sterren binnen de extreem zwakke halo kunnen identificeren en isoleren. En het was de halo van Andromeda die de focus vormde voor onze nieuwe studie die onlangs werd gepubliceerd.

Een zoektocht naar clustering

In plaats van sterren, we gebruikten een kaart van de planetaire nevels die ook de halo van Andromeda bewonen.

Dit zijn de late evolutie van sterren die lijken op onze eigen zon, sterren die het puin zijn van verstorende en verstoorde dwergstelsels. Gelukkig, deze zijn gemakkelijk te herkennen aan hun eigenaardige spectrale signatuur, een handtekening die ook hun snelheden onthult.

We moesten deze galactische lijken oppakken, het ontleden van de plaats delict om erachter te komen hoeveel slachtoffers in het volle zicht verborgen lagen.

Om dit te doen, we zochten naar hoe "geclusterd" deze planetaire nevels zijn.

Als het beeld van halo's die groeien door aanwas correct is, dan mogen we een onderliggende soepele en ongeclusterde distributie verwachten, de overblijfselen van aangroeiingen uit de oudheid die volledig zijn verstoord en gemengd, bedekt met aanhoudende aanwas die samen in ruimte en snelheid zouden moeten worden geclusterd.

Maar er zijn problemen. Terwijl we kunnen zien waar de planetaire nevels zich aan de hemel bevinden, en we kunnen de snelheid langs de gezichtslijn meten, afstanden zijn onbekend, evenals de eigenbewegingen in het vlak van de lucht.

We moesten een aantal slimme methoden ontwikkelen om te zoeken naar clusteringsignaturen, en vergelijk deze met verwachtingen ontleend aan synthetische modellen van sterrenstelsels.

En succes! De resultaten onthulden een mix van soepel vervormde en klonterige geclusterde planetaire nevels, precies in overeenstemming met onze kosmologische verwachtingen.

Dit levert verder bewijs voor onze huidige beste verklaring voor de kosmos, het Lambda Cold Dark Matter kosmologische model, een universum gedomineerd door de aantrekkingskracht van donkere materie die strijdt tegen de uitdijing van het universum, en waar sterrenstelsels in de loop van de tijd gestaag zijn opgebouwd door kleinere systemen te verslinden.

Hoewel dit succes hartverwarmend is, met groeiend bewijs dat ons begrip van de werking van het universum goed gefundeerd is, spanningen blijven. Dit is met name het geval op de schaal van individuele halo's van grote sterrenstelsels - de recent ontdekte gecoördineerde dans van dwergstelsels schreeuwt nog steeds om een ​​antwoord.

Astronomische inspanningen zullen de komende decennia worden voortgezet, maar over de vraag wanneer we de vorming en evolutie van sterrenstelsels echt zullen begrijpen, de jury is er nog niet.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.