EPFL-wetenschappers hebben de veeleisende taak voltooid om 27 dwergsterrenstelsels in detail te analyseren, het identificeren van de omstandigheden waaronder ze zijn gevormd en hoe ze sindsdien zijn geëvolueerd. Deze kleinschalige sterrenstelsels zijn perfect voor het bestuderen van de mechanismen van nieuwe stervorming en de allereerste stappen in het ontstaan ​​van het heelal.

Dwergstelsels zenden niet veel licht uit en zijn daarom moeilijk waar te nemen, maar ze kunnen ons veel leren over hoe het universum is ontstaan. Een team van wetenschappers van EPFL's Laboratory of Astrophysics (LASTRO) heeft 27 van dergelijke sterrenstelsels nauwgezet bestudeerd en ontdekte een verrassende mate van variatie in de mechanismen waarmee hun sterren werden gevormd. De resultaten van hun nauwgezette werk werden gepubliceerd in Astronomie en astrofysica .

"Dwergstelsels zijn de kleinste en waarschijnlijk de oudste sterrenstelsels in het universum. Volgens de standaard kosmologische theorie, grotere sterrenstelsels worden gevormd door de samensmelting van deze kleinere, " zegt Yves Revaz, een expert op het gebied van sterrenstelseldynamica bij LASTRO.

Hoewel ze "dwergen" kunnen worden genoemd, " ze zijn in feite enorm en kunnen ergens tussen honderdduizenden en enkele miljoenen keren zoveel wegen als de zon. Het zijn ook de sterrenstelsels met de meeste donkere materie. Het LASTRO-team moest daarom zeer geavanceerde computermodellen ontwikkelen om deze sterrenstelsels te bestuderen ' eigendommen, omvang en tijdelijkheid - die allemaal veel verder gaan dan ons basisbegrip.

Hun modellen houden rekening met elk van de componenten van de sterrenstelsels - gassen, sterren en donkere materie - evenals de relatie tussen donkere materie en zichtbare materie (in de astrofysica "baryonische materie" genoemd). De modellen houden ook rekening met de omstandigheden waaronder materie werd gevormd toen het universum zo'n 14 miljard jaar geleden voor het eerst werd gecreëerd - omstandigheden die nu bekend zijn dankzij recente ruimtemissies die zijn uitgevoerd om de handtekeningen van de oerknal te ontdekken.

Stap voor stap

Om de dwergstelsels te analyseren, de wetenschappers namen eerst elk model en gingen stap voor stap door de belangrijkste kenmerken van de sterrenstelsels, zoals hoeveel gas (voornamelijk waterstof) ze bevatten, de verwarming en koeling van hun interstellaire media, hun compressie- en expansieprocessen, de opeenvolgende generaties van hun sterren, de supernova's van die sterren, en de resulterende afgifte van een reeks chemicaliën. De wetenschappers vergeleken vervolgens de resultaten van hun modellen met gegevens die waren verkregen door dwergsterrenstelsels te observeren - meer specifiek, die in een baan om onze melkweg draaien, De melkweg, en zijn naburige melkwegstelsel, Andromeda (M31) - met behulp van acht meter optische telescopen, de grootste die er momenteel zijn. Deze dwergsterrenstelsels maken deel uit van wat de Lokale Groep wordt genoemd en zijn dichtbij genoeg voor astrofysici om nauwkeurige informatie te verkrijgen over de leeftijden en chemische componenten van individuele sterren.

Ervoor zorgen dat de resultaten van de modellen overeenkomen met empirische gegevens is essentieel als de wetenschappers ze willen gebruiken om hun theorieën over donkere materie te testen. de soorten objecten die verantwoordelijk zijn voor de reïonisatie van het universum, en de voorwaarden en tijdsperioden voor nieuwe stervorming.

Dit is de eerste keer dat dwergsterrenstelsels zo gedetailleerd en onder kosmologische omstandigheden zijn onderzocht - dat wil zeggen, niet door ze als geïsoleerde systemen te beschouwen, maar eerder door rekening te houden met alle interacties tussen de allereerste galactische systemen.

Uitstekende cavia's

"Het voordeel van dwergstelsels is dat ze heel goed reageren op zelfs kleine veranderingen in de omstandigheden, waardoor ze uitstekende proefkonijnen zijn voor het bestuderen van sterrenstelsels in het algemeen, " zegt Pascale Jablonka, een LASTRO-onderzoeker gespecialiseerd in spectroscopie en de chemische ontwikkeling van sterrenstelsels en co-auteur van het onderzoek. Bijvoorbeeld, door het licht te analyseren dat sterren uitstralen, ze was in staat om hun chemische samenstelling te bepalen en hoe lang het duurde om ze te vormen.

"Onze modellen stelden ons in staat om een ​​database te maken van veel verschillende soorten stellaire activiteit en gaven ons waardevol inzicht in de factoren die de vorming van sterren kunnen versnellen, vertragen of zelfs helemaal stoppen, ’ zegt Revaz.

Op basis van de gegevens die ze verzamelden - waaronder een indrukwekkend aantal verschillende stervormingsmechanismen gezien hoe "kleine" dwergstelsels zijn - ontdekte het LASTRO-team dat het specifieke mechanisme dat wordt gebruikt afhangt van de dichtheid van de donkere en baryonische materie van de melkweg. Die dichtheid bepaalt of een sterrenstelsel sterren blijft maken of plotseling stopt. Als de materie van een dwergstelsel te verspreid is, dan zal zijn waterstof te heet worden en verdampen, wat betekent dat het geen sterren meer kan vormen. Als aan de andere kant een dwergstelsel een dichte halo van donkere materie heeft die het beschermt, dan gaat de stervorming snel door.