Vandaag, tijdens de 233e AAS-bijeenkomst in Seattle, astronomen van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) kondigen aan dat ze een nieuwe tool hebben ontwikkeld om anders verborgen melkwegfusies te vinden in gegevens van de Mapping Near Galaxies at Apache Point Observatory (MaNGA) survey van SDSS. Deze resultaten laten zien dat door verder te gaan dan eenvoudige zoekopdrachten naar samensmeltende sterrenstelsels op basis van hoe ze eruitzien, astronomen zullen nu meer fusies van sterrenstelsels kunnen vinden dan ooit tevoren.

"Samenvoegende sterrenstelsels zijn de sleutel tot het begrijpen van de evolutie van sterrenstelsels, maar het kan lastig zijn om ze te vinden, " zegt Rebecca Nevin van de Universiteit van Colorado, de hoofdauteur van de studie. Nevin presenteert dit werk deze week als een proefschriftbespreking, omdat het de basis vormde van haar Ph.D. proefschrift in Colorado met professor Julie Comerford.

Een paar samensmeltende sterrenstelsels is een van de mooiste bezienswaardigheden in de astronomie, met gigantische getijdenstromen van sterren en ongewone vormen die soms op dieren lijken (bijv. de antennes, muizen, Kikkervisje, of pinguïnstelsels). Echter, deze prachtige zichtbare kenmerken zijn alleen te vinden in een klein deel van de samensmeltende sterrenstelsels - en zelfs dan nog maar voor een klein deel van de miljarden jaren die twee sterrenstelsels nodig hebben om volledig samen te smelten tot één. Sommige sterrenstelsels die er anders "normaal" uitzien, zijn misschien nog aan het fuseren.

Astronomen hebben een manier ontwikkeld om deze verborgen fusies te vinden. Ze creëerden een methode die simulaties van samensmeltende sterrenstelsels gebruikt om zowel te voorspellen hoe de samensmeltingen eruit zouden zien als hoe de sterren in de sterrenstelsels zouden bewegen. Door hun resultaten te vergelijken met waarnemingen van sterrenstelsels uit de SDSS's Mapping Near Galaxies at Apache Point Observatory (MaNGA) survey, astronomen zullen veel beter in staat zijn om samensmeltende sterrenstelsels in het wild te identificeren.

"Deze simulaties stellen ons in staat om de meer subtiele tekenen van samensmeltende sterrenstelsels te voorspellen, zodat we fusies kunnen vinden in SDSS-gegevens die voorheen verborgen waren, " legt Laura Blecha (Universiteit van Florida) uit, een ander belangrijk lid van het team.

Wat het team vandaag presenteert, is het deel van hun methode dat sterrenstelsels analyseert. Ze hebben in wezen een galactisch fotoalbum gemaakt, inclusief foto's van sterrenstelsels in alle stadia van samensmelting. Vroeger, 'fotoalbums' van sterrenstelsels van astronomen waren schaars, inclusief alleen sterrenstelsels in het stadium van samensmelting waar ze eruitzagen als spectaculaire samensmeltingen.

"Vandaag de dag, het zou totaal ondenkbaar zijn om slechts één of twee selfies per jaar te maken, "zei Nevin. "We hebben het fotoalbum van de fusie van sterrenstelsels gemoderniseerd - nu is het alsof je jarenlang elke dag één fusie-selfie maakt."

De astronomen zijn van plan om deze uitgebreide fotoalbums voor iedereen toegankelijk te maken. Astronomen zullen ze gebruiken om te bestuderen hoe sterrenstelsels veranderen als ze samensmelten.

Het werk van het team tot nu toe is al een gigantische stap voorwaarts in de identificatie van fusies, maar ze zijn al bezig met de volgende stap. Ze zijn al begonnen met het opnemen van gegevens over hoe de sterren in de sterrenstelsels bewegen uit het SDSS MaNGA-onderzoek. Hierdoor kan het team nog meer fusies identificeren - die waarbij de melkweg er volledig "normaal" uitziet.

De sleutel tot deze nieuwe analyse is om gegevens van MaNGA op te nemen over hoe sterren in sterrenstelsels bewegen. "Door verder te gaan dan alleen beelden en stellaire kinematica op te nemen, we zullen nog veel meer samensmeltende sterrenstelsels vinden, " zegt Karen Masters van Haverford College, de woordvoerder van SDSS. "We zullen kunnen leren hoe het fusieproces van invloed is op hoe sterrenstelsels in ons universum evolueren."

Deze stellaire kinematica wordt onthuld in de kaarten die zijn gemaakt door de MaNGA-enquête van de SDSS. Omdat de spectra die MaNGA waarneemt afkomstig zijn van het licht van alle sterren in een bepaald deel van een melkwegstelsel, sterren, de spectra zijn enigszins verschoven door het Doppler-effect - blauwverschoven voor de delen van een melkwegstelsel die naar de aarde bewegen en roodverschoven voor de delen die zich van de aarde af bewegen. Deze subtiele verschuivingen onthullen hoe de sterren zich door de melkweg bewegen.

Als sterrenstelsels samensmelten, de sterren erin botsen bijna nooit, maar ze worden overal heen gegooid, het creëren van dramatische vervormingen in het patroon van hoe sterren door de melkweg bewegen - patronen die astronomen 'stellaire kinematica' noemen. In een typische, niet-samenvoegend spiraalstelsel, de sterren draaien in een eenvoudige, voorspelbaar patroon. Maar als zo'n melkwegstelsel een fusie ondergaat, dat eenvoudige patroon wordt chaotisch, het creëren van wilde (maar voorspelbare) arrangementen van stellaire beweging. Wanneer de bewegingspatronen van een sterrenstelsel zijn vervormd door een samensmelting, de stellaire kinematicagegevens van MaNGA leveren direct bewijs van de fusie. Het Nevin-team, waaronder astronomen van de Universiteit van Colorado Boulder, de Universiteit van Florida, en Princeton University, begint stellaire kinematicagegevens aan hun werk toe te voegen.

"Terwijl we onze algoritmen voor machinaal leren verbeteren om de stellaire kinematica van samenvoegende sterrenstelsels op te nemen, we kunnen verschillende stadia van de fusie onderscheiden. De verstoringen in de sterren kunnen langer duren dan de beeldvorming van handtekeningen van een samensmelting, zoals vage getijdenstaarten, die veel sneller vervagen. Dit betekent dat we latere stadia in de fusie kunnen identificeren, wanneer in de afbeelding de sterrenstelsels er net zo uitzien als normale sterrenstelsels. Dit is een krachtige nieuwe techniek in de studie van samensmeltende sterrenstelsels."

Het begrijpen van fusies is niet alleen belangrijk voor astronomen zoals het team van Nevin; dit begrip kan ons helpen de toekomst van onze eigen Melkweg te voorspellen. De Melkweg zal over ongeveer 2,5 miljard jaar samensmelten met de Grote en Kleine Magelhaense Wolken - en er wordt dan voorspeld dat hij over vijf miljard jaar zal versmelten met de veel massievere Andromeda-melkweg, gecombineerd om een ​​enkel supersterrenstelsel te vormen, die sommigen "Milkdromeda" noemen. Deze gebeurtenis zou de zon uit de melkweg kunnen gooien, maar het maakt niet uit voor toekomstige bewoners van de aarde, die door de zon zal zijn opgeslokt terwijl hij rond dezelfde tijd in een rode reuzenster verandert. Maar misschien zullen onze nakomelingen dit zelf zien als ze tussen de sterren reizen.