Net zoals de zon binnen de Melkweg beweegt, alle sterren in sterrenstelsels bewegen, maar met heel verschillende banen. Sommige sterren draaien sterk, terwijl anderen willekeurig kunnen bewegen zonder duidelijke rotatie. Het vergelijken van de fractie van sterren op verschillende banen, onderzoekers kunnen bepalen hoe sterrenstelsels zich vormen en evolueren. Een internationaal team van astronomen heeft direct afgeleid, Voor de eerste keer, de orbitale verdeling van een sterrenstelsel dat meer dan 300 sterrenstelsels van het lokale universum bevat. De resultaten, gepubliceerd in Natuurastronomie , zijn gebaseerd op de CALIFA-enquête, een project ontwikkeld in het Calar Alto Observatorium en bedacht door het Instituut voor Astrofysica van Andalusië (IAA-CSIC).

Sterrenstelsels zijn de grootste structuren in het heelal, en wetenschappers bestuderen hoe ze evolueren om de geschiedenis van het universum te begrijpen. Melkwegvorming houdt de hiërarchische verzameling van halo's van donkere materie in, samen met de condensatie van normale materie in het centrum van de halo's, waar stervorming plaatsvindt. Sterren die gevormd zijn uit een vaste, dunne gasschijf en daarna doorleefd door dynamisch rustige perioden, zullen bijna cirkelvormige banen vertonen, terwijl sterren met willekeurige bewegingen het resultaat zijn van turbulente omgevingen, hetzij bij de geboorte of later, met galactische fusies.

Dus, de bewegingen van sterren in een melkwegstelsel zijn als een geschiedenisboek, het vastleggen van de informatie over hun geboorte- en groeiomgeving, die kan onthullen hoe de melkweg werd gevormd. "Echter, de beweging van elke afzonderlijke ster is niet direct waarneembaar in externe sterrenstelsels. Externe sterrenstelsels worden als een afbeelding op het waarnemingsvlak geprojecteerd en we kunnen de afzonderlijke sterren erin niet oplossen, " zegt Ling Zhu, onderzoeker van het Max Planck Instituut voor Astronomie die de studie leidt. "Het CALIFA-onderzoek maakt gebruik van een recent ontwikkelde techniek, integrale veldspectroscopie, die de externe sterrenstelsels op zo'n manier kan observeren dat het de algemene beweging van sterren geeft. Dus, we kunnen kinematische kaarten van elk sterrenstelsel krijgen."

De onderzoekers bouwen vervolgens modellen voor elk sterrenstelsel door sterren op verschillende soorten banen te plaatsen. Door het model te beperken met de waargenomen afbeelding en kinematische kaarten, ze kunnen het aantal sterren ontdekken dat op verschillende soorten banen in elk sterrenstelsel beweegt. Ze noemen het de sterbaanverdeling, en voor deze studie het team heeft modellen gebouwd voor 300 sterrenstelsels die representatief zijn voor de algemene eigenschappen van sterrenstelsels in het lokale universum.

De kaarten tonen veranderingen in de baanverdeling van de melkweg, afhankelijk van de totale stellaire massa van de sterrenstelsels. De geordende roterende banen zijn het meest prominent aanwezig in sterrenstelsels met een totale stellaire massa van 10 miljard zonsmassa's, en het minst belangrijk voor de meest massieve. Het is niet verwonderlijk dat willekeurig bewegende banen de meest massieve sterrenstelsels domineren (meer dan 100 miljard zonsmassa's). "Dit is de eerste op een baan gebaseerde massareeks van alle morfologische typen. Het bevat bloeiende informatie over het verleden van een melkwegstelsel, eigenlijk of het een stille opeenvolging van alleen kleinere fusies was geweest of gevormd door een gewelddadige grote fusie. Verdere studies zijn nodig om de details te begrijpen, ", zegt Glenn van de Ven (ESO).

De onderzoekers hadden een nieuwe en nauwkeurige methode gevonden om de geschiedenis van een sterrenstelsel af te lezen - en hun onderzoek met zijn datasets voor 300 sterrenstelsels bleek de grootste bestaande bibliotheek met geschiedenisboeken van sterrenstelsels te zijn.

"Dit werk benadrukt het belang van integrale veldspectroscopie en, vooral, van grootschalige onderzoeken zoals het CALIFA-project. De belangrijke bijdrage van wat we 'hete' banen noemen, een mengsel van rotatie en willekeurige bewegingen van de stellaire component, vormt belangrijke uitdagingen voor kosmologische modellen van de vorming en evolutie van sterrenstelsels, " zegt Rubén García Benito, een onderzoeker aan het Instituut voor Astrofysica van Andalusië (IAA-CSIC) die deelneemt aan het project.

De resultaten van CALIFA vertegenwoordigen een observationeel bepaalde baanverdeling van sterrenstelsels in het huidige heelal. Ze lenen zich dus voor directe vergelijking met monsters van kosmologische simulaties van sterrenstelsels in een kosmologische context. In deze betekenis, deze resultaten openen een nieuw venster voor het vergelijken van melkwegsimulaties met de waargenomen melkwegpopulatie in het huidige universum.