Till vänster är en bild av Sombrero-galaxen (M104) som inkluderar en del av den mycket svagare halo långt utanför dess ljusa skiva och utbuktning. Hubble fotograferade två regioner i gloria (varav en visas av den vita rutan). Bilderna till höger zoomar in för att visa detaljnivån som Hubble tagit. Den orange lådan, en liten delmängd av Hubbles syn, innehåller otaliga halostjärnor. Stjärnpopulationen ökar i täthet närmare galaxens skiva (nedre blå rutan). Varje ram innehåller en ljus klotformad stjärnhop, av vilka det finns många i galaxens gloria. Sombrerons gloria innehöll fler metallrika stjärnor än väntat, men ännu främmare var det gamlas nästan frånvaro, metallfattiga stjärnor som vanligtvis finns i halos i massiva galaxer. Många av klothoparna, dock, innehåller metallfattiga stjärnor. En möjlig förklaring till Sombrerons förbryllande egenskaper är att den är produkten av sammanslagning av massiva galaxer för miljarder år sedan, även om det jämna utseendet på galaxens skiva och halo inte visar några tecken på en sådan enorm störning. Kredit:NASA/Digitized Sky Survey/P. Goudfrooij (STScI)/The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Överraskande nya data från NASA:s rymdteleskop Hubble tyder på den smidiga, fast "brätte" av Sombrero-galaxens skiva kan dölja ett turbulent förflutet. Hubbles skärpa och känslighet löser tiotusentals enskilda stjärnor i Sombrerons vidsträckta, utökad gloria, området bortom en galaxs centrala del, vanligtvis gjord av äldre stjärnor. Dessa senaste observationer av Sombrero vänder den konventionella teorin på huvudet, visar bara en liten bråkdel av äldre, metallfattiga stjärnor i gloria, plus ett oväntat överflöd av metallrika stjärnor som vanligtvis bara finns i en galaxskiva, och den centrala utbuktningen. Tidigare stora galaxsammanslagningar är en möjlig förklaring, även om den ståtliga Sombreron inte visar något av de röriga bevisen på en nyligen sammanslagning av massiva galaxer.
"Sombreron har alltid varit en lite konstig galax, vilket är det som gör det så intressant, " sa Paul Goudfrooij från Space Telescope Science Institute (STScI), Baltimore, Maryland. "Hubbles metallicitetsmätningar (dvs. överflödet av tunga element i stjärnorna) är en annan indikation på att Sombreron har mycket att lära oss om galaxsammansättning och evolution."
"Hubbles observationer av Sombreros gloria vänder vår allmänt accepterade förståelse av galaxens makeup och metallicitet på huvudet, ", tillade medutredaren Roger Cohen från STScI.
Länge en favorit bland både astronomer och amatörskyltare för sin ljusa skönhet och nyfikna struktur, Sombrerogalaxen (M104) har nu ett nytt kapitel i sin märkliga historia – en utökad gloria av metallrika stjärnor med knappt ett tecken på de förväntade metallfattiga stjärnorna som har observerats i andra galaxers glorier. Forskare, förbryllande över data från Hubble, vände sig till sofistikerade datormodeller för att föreslå förklaringar till den förbryllande inversionen av konventionell galaktisk teori. Dessa resultat tyder på den lika överraskande möjligheten av stora sammanslagningar i galaxens förflutna, även om Sombrerons majestätiska struktur inte bär några bevis på nyligen störningar. De ovanliga fynden och möjliga förklaringar publiceras i Astrofysisk tidskrift .
"Frånvaron av metallfattiga stjärnor var en stor överraskning, sade Goudfrooij, "Och överflödet av metallrika stjärnor bidrog bara till mysteriet."
I en galaxs halo förväntar sig astronomer att hitta tidigare generationer av stjärnor med mindre tunga element, kallas metaller, jämfört med de fullsatta stjärnstäderna i huvudskivan i en galax. Element skapas genom stjärnprocessen "livscykel", och ju längre en galax har haft stjärnor som går igenom denna cykel, ju mer element-rik gas och högre metallicitet stjärnorna som bildas från den gasen. Dessa yngre, Stjärnor med hög metallicitet finns vanligtvis på huvudskivan i galaxen där stjärnpopulationen är tätare – eller så är den konventionella visdomen.
Att komplicera fakta är närvaron av många gamla, metallfattiga klotformiga stjärnhopar. Dessa äldre, metallfattiga stjärnor förväntas så småningom flytta ut ur sina kluster och bli en del av den allmänna stjärngloria, men den processen verkar ha varit ineffektiv i Sombrero-galaxen. Teamet jämförde sina resultat med nya datorsimuleringar för att se vad som kan vara ursprunget till sådana oväntade metallicitetsmätningar i galaxens halo.
Resultaten motsvarade också förväntningarna, vilket tyder på att den oberörda Sombreron hade genomgått en stor tillväxt, eller sammanslagning, händelser för miljarder år sedan. Till skillnad från vår galax Vintergatan, som tros ha svalt upp många små satellitgalaxer i så kallade "mindre" anhopningar under miljarder år, en stor ökning är sammanslagning av två eller flera liknande massiva galaxer som är rika på senare generationer, stjärnor med högre metallicitet.
Satellitgalaxerna innehöll bara stjärnor med låg metallicitet som till stor del var väte och helium från big bang. Tyngre grundämnen måste kokas upp i stjärnornas interiörer genom nukleosyntes och införlivas i senare generationers stjärnor. Denna process var ganska ineffektiv i dvärggalaxer som de runt vår Vintergatan, och effektivare i större, mer utvecklade galaxer.
Resultaten för Sombrero är överraskande eftersom dess släta skiva inte visar några tecken på störningar. Som jämförelse, många interagerande galaxer, som de ikoniska antenngalaxerna, få sitt namn från det förvrängda utseendet på deras spiralarmar på grund av tidvattenkrafterna i deras interaktion. Sammanslagningar av liknande massiva galaxer smälter vanligtvis samman till stora, släta elliptiska galaxer med utökade glorier – en process som tar miljarder år. Men Sombreron har aldrig riktigt passat in på den traditionella definitionen av varken en spiral eller en elliptisk galax. Det är någonstans mittemellan - en hybrid.
För just detta projekt, teamet valde Sombrero främst för dess unika morfologi. De ville ta reda på hur sådana "hybrid" galaxer kan ha bildats och samlats över tiden. Uppföljningsstudier för halometallicitetsfördelningar kommer att göras med flera galaxer på liknande avstånd som Sombrero.
Forskargruppen ser fram emot att framtida observatorier fortsätter undersökningen av Sombrerons oväntade egenskaper. Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), med ett synfält 100 gånger det för Hubble, kommer att kunna ta en kontinuerlig bild av galaxens gloria samtidigt som den plockar upp fler stjärnor i infrarött ljus. Rymdteleskopet James Webb kommer också att vara värdefullt för sin Hubble-liknande upplösning och djupare infraröda känslighet.
