För att bättre förstå historien och utvecklingen av Vintergatan, astronomer studerar sammansättningen av de gaser och metaller som utgör en viktig del av vår galax. Tre huvudelement sticker ut:den initiala gasen som kommer utanför vår galax, gasen mellan stjärnorna i vår galax – berikad med kemiska grundämnen –, och damm som skapas av kondensationen av metallerna som finns i denna gas.

Tills nu, teoretiska modeller antog att dessa tre grundämnen var homogent blandade i hela Vintergatan och nådde en nivå av kemisk anrikning som liknar solens atmosfär, kallad solmetallicitet. I dag, ett team av astronomer från universitetet i Genève (UNIGE) visar att dessa gaser inte blandas så mycket som man tidigare trott, vilket har en stark inverkan på den nuvarande förståelsen av galaxernas utveckling. Som ett resultat, simuleringar av Vintergatans utveckling kommer att behöva modifieras. Dessa resultat kan läsas i tidskriften Natur .

Galaxer består av en samling stjärnor och bildas av kondensationen av gasen från det intergalaktiska mediet som mestadels består av väte och lite helium. Denna gas innehåller inte metaller till skillnad från gasen i galaxer - inom astronomi, alla kemiska grundämnen som är tyngre än helium kallas tillsammans metaller, även om de är atomer i gasform.

"Galaxer drivs av "jungfrulig" gas som faller in från utsidan, som föryngrar dem och låter nya stjärnor bildas, " förklarar Annalisa De Cia, en professor vid institutionen för astronomi vid UNIGE-naturvetenskapliga fakulteten och första författare till studien. På samma gång, stjärnor förbränner väte som utgör dem under hela deras liv och bildar andra grundämnen genom nukleosyntes. När en stjärna som har nått slutet av sitt liv exploderar, den driver ut metallerna som den har producerat, som järn, zink, kol och kisel, matar in dessa element i galaxens gas. Dessa atomer kan sedan kondensera till damm, speciellt i kallare, tätare delar av galaxen. "Initialt, när Vintergatan bildades, för mer än 10 miljarder år sedan, den hade inga metaller. Sedan berikade stjärnorna gradvis miljön med de metaller de producerade, " fortsätter forskaren. När mängden metaller i denna gas når den nivå som finns i solen, astronomer talar om solmetallicitet.

En inte så homogen miljö

Miljön som utgör Vintergatan samlar alltså de metaller som produceras av stjärnorna, dammpartiklarna som har bildats av dessa metaller, men även gaser utanför galaxen som regelbundet kommer in i den. "Tills nu, teoretiska modeller ansåg att dessa tre grundämnen var homogent blandade och nådde solsammansättningen överallt i vår galax, med en lätt ökning av metalliciteten i mitten, där stjärnorna är fler, " förklarar Patrick Petitjean, en forskare vid Institut d'Astrophysique de Paris, Sorbonne universitet. "Vi ville observera detta i detalj med hjälp av en ultraviolett spektrograf på rymdteleskopet Hubble."

Spektroskopi gör att ljuset från stjärnor kan separeras i sina individuella färger eller frekvenser, lite som en med prisma eller i en regnbåge. I detta nedbrutna ljus, astronomer är särskilt intresserade av absorptionslinjer:"När vi observerar en stjärna, metallerna som utgör gasen mellan stjärnan och oss själva absorberar en mycket liten del av ljuset på ett karakteristiskt sätt, vid en viss frekvens, vilket gör att vi inte bara kan identifiera deras närvaro, men också för att säga vilken metall det är, och hur rikligt det är, " han fortsätter.

En ny metod utvecklad för att observera den totala metalliciteten

I 25 timmar, forskarteamet observerade atmosfären hos 25 stjärnor med Hubble och Very Large Telescope (VLT) i Chile. Problemet? Dammet kan inte räknas med dessa spektrografer, trots att den innehåller metaller. Annalisa De Cias team har därför utvecklat en ny observationsteknik. "Det innebär att man tar hänsyn till den totala sammansättningen av gasen och stoftet genom att samtidigt observera flera grundämnen som järn, zink, titan, kisel och syre, " förklarar Genèveforskaren. "Då kan vi spåra mängden metaller som finns i dammet och lägga till den till den som redan kvantifierats av de tidigare observationerna för att få den totala."

Tack vare denna dubbla observationsteknik, astronomerna har funnit att inte bara Vintergatans miljö inte är homogen, men att vissa av de studerade områdena bara når 10 % av solmetalliciteten. "Denna upptäckt spelar en nyckelroll i utformningen av teoretiska modeller för bildandet och utvecklingen av galaxer, säger Jens-Kristian Krogager, forskare vid UNIGE:s institution för astronomi. "Från och med nu, vi måste förfina simuleringarna genom att öka upplösningen, så att vi kan inkludera dessa förändringar i metallicitet på olika platser i Vintergatan."

Dessa resultat har en stark inverkan på vår förståelse av galaxernas utveckling och vår egen i synnerhet. Verkligen, metaller spelar en grundläggande roll i bildandet av stjärnor, kosmiskt damm, molekyler och planeter. Och vi vet nu att nya stjärnor och planeter kan bildas idag av gaser med mycket olika sammansättning.