Wetenschappers weten al enige tijd dat sterrenstelsels kunnen groeien door het samensmelten van kleinere sterrenstelsels, maar de voorouders van ons eigen Melkwegstelsel zijn al lang een mysterie. Nutsvoorzieningen, een internationaal team van astrofysici is erin geslaagd de eerste volledige stamboom van ons eigen sterrenstelsel te reconstrueren door de eigenschappen van bolvormige sterrenhopen die rond de Melkweg draaien met kunstmatige intelligentie te analyseren. Het werk is gepubliceerd in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

Bolvormige sterrenhopen zijn dichte groepen van wel een miljoen sterren die bijna net zo oud zijn als het heelal zelf. De Melkweg herbergt meer dan 150 van dergelijke clusters, waarvan vele gevormd in de kleinere sterrenstelsels die samensmolten tot het sterrenstelsel waarin we nu leven. Astronomen vermoeden al tientallen jaren dat de ouderdom van bolvormige sterrenhopen zou betekenen dat ze zouden kunnen worden gebruikt als "fossielen" om de vroege assemblagegeschiedenis van sterrenstelsels te reconstrueren. Alleen met de nieuwste modellen en waarnemingen is het echter mogelijk geworden om deze belofte waar te maken.

Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Dr. Diederik Kruijssen van het Center for Astronomy van de Universiteit van Heidelberg (ZAH) en Dr. Joel Pfeffer van de John Moores University in Liverpool is er nu in geslaagd om de fusiegeschiedenis van de Melkweg af te leiden en de stamboom ervan te reconstrueren. alleen zijn bolvormige sterrenhopen gebruiken.

Om dit te behalen, ze ontwikkelden een reeks geavanceerde computersimulaties van de vorming van Melkwegachtige sterrenstelsels. Hun simulaties, genaamd E-MOZAICSEKEN, zijn uniek omdat ze een compleet model voor de formatie bevatten, evolutie, en vernietiging van bolhopen.

In de simulaties de onderzoekers waren in staat om de leeftijden te relateren, chemische samenstellingen, en orbitale bewegingen van bolvormige clusters naar de eigenschappen van de voorloperstelsels waarin ze zijn gevormd, meer dan 10 miljard jaar geleden. Door deze inzichten toe te passen op groepen bolvormige sterrenhopen in de Melkweg, ze konden niet alleen bepalen hoeveel sterren deze voorloperstelsels bevatten, maar ook toen ze opgingen in de Melkweg.

"De belangrijkste uitdaging om de eigenschappen van bolvormige sterrenhopen te verbinden met de fusiegeschiedenis van hun gastmelkwegstelsel is altijd geweest dat het samenstellen van sterrenstelsels een extreem rommelig proces is, waarbij de banen van de bolvormige sterrenhopen volledig worden herschikt, ’ legt Kruijssen uit.

"Om het complexe systeem dat er vandaag de dag nog over is te begrijpen, daarom hebben we besloten om kunstmatige intelligentie in te zetten. We hebben een kunstmatig neuraal netwerk getraind op de E-MOSAICS-simulaties om de eigenschappen van de bolvormige clusters te relateren aan de fusiegeschiedenis van het gaststelsel. We hebben het algoritme tienduizenden keren getest op de simulaties en waren verbaasd over hoe nauwkeurig het de fusiegeschiedenis van de gesimuleerde sterrenstelsels kon reconstrueren. met alleen hun bolvormige clusterpopulaties."

Geïnspireerd door dit succes, de onderzoekers wilden de fusiegeschiedenis van de Melkweg ontcijferen. Om dit te behalen, ze gebruikten groepen bolvormige sterrenhopen waarvan wordt gedacht dat ze zijn gevormd in hetzelfde voorloperstelsel op basis van hun baanbeweging. Door het neurale netwerk toe te passen op deze groepen bolvormige clusters, de onderzoekers konden niet alleen de stellaire massa's en fusietijden van de voorloperstelsels met hoge precisie voorspellen, maar het onthulde ook een voorheen onbekende botsing tussen de Melkweg en een raadselachtig sterrenstelsel, die de onderzoekers "Kraken" noemden.

"De botsing met Kraken moet de meest significante fusie zijn geweest die de Melkweg ooit heeft meegemaakt, Kruijssen vult aan. "Vroeger, men dacht dat een botsing met de Gaia-Enceladus-Sausage melkweg, die zo'n 9 miljard jaar geleden plaatsvond, was de grootste aanrijding. Echter, de fusie met Kraken vond 11 miljard jaar geleden plaats, toen de Melkweg vier keer minder zwaar was. Als resultaat, de botsing met Kraken moet echt hebben veranderd hoe de Melkweg er destijds uitzag."

Bij elkaar genomen, dankzij deze bevindingen kon het team van onderzoekers de eerste volledige fusieboom van onze Melkweg reconstrueren. In de loop van zijn geschiedenis heeft de Melkweg heeft ongeveer vijf sterrenstelsels met meer dan 100 miljoen sterren gekannibaliseerd, en ongeveer vijftien met minstens 10 miljoen sterren. De meest massieve voorloperstelsels kwamen tussen 6 en 11 miljard jaar geleden in botsing met de Melkweg.

De onderzoekers verwachten dat hun voorspellingen toekomstige studies zullen stimuleren om naar de overblijfselen van deze voorloperstelsels te zoeken. "Het puin van meer dan vijf voorloperstelsels is nu geïdentificeerd. Met huidige en toekomstige telescopen, het moet mogelijk zijn om ze allemaal te vinden, ’ besluit Kruijssen.