Hur gjorde stora galaxer, som vår egen Vintergatan och den närliggande Andromedagalaxen, komma ur den särpräglade soppan som fanns efter vårt universums födelse?

Årtionden av observationer och teoretiska ansträngningar har gett en bild där atomer samlas i galaxer, dras av gravitationskraften av mörk materia. Våra syntetiska universum, skapat och utvecklats på de mest kraftfulla superdatorerna, vackert matcha fördelningen av galaxer vi ser i universum.

Att förstå den småskaliga detaljen kommer att ockupera astronomer i decennier framöver, men det verkar som att galaxer byggs upp med tiden genom att man samlar (samlar) mindre system som går för nära.

Och under de senaste decennierna, det har blivit tydligt att den tunna stjärngloria som omger stora galaxer innehåller ledtrådar till att reda ut galaxernas ackretionhistoria.

Dissekera galaxer

En stor spiralgalax kan delas upp i tre nyckeldelar:utbuktningen, skivan och gloria.

Utbuktningen och skivan är hem för den stora majoriteten av de hundratals miljarder stjärnor som utgör galaxen, medan endast 1% av stjärnorna kan hittas i gloria som omsluter en galax.

Halon är värd för några av de äldsta stjärnorna som finns i en galax. Det är också hem för klotformiga hopar, de äldsta bundna grupperna av stjärnor vi känner till i universum.

Dessa antyder att halo var den första galaktiska komponenten som bildades, och det borde ha några av de bäst bevarade rekorden för bildandet av en galax.

Men för att avslöja hemligheterna gömda i en galax, astronomer måste ta ett kriminaltekniskt tillvägagångssätt och se på den stjärngloria som en brottsplats.

Galaktiska kannibaler

Det är i stjärnglorian som mindre dvärggalaxer möter sitt yttersta öde, förlora sin kamp med tyngdkraftens destruktiva krafter.

Dessa dvärggalaxer är avskalade, trakasseras och skingras tills de så småningom blandas med stjärnorna i den större galaxen.

Men denna förstörelse, denna galaktiska kannibalism, kan ta många miljarder år, och vi förväntar oss att fånga den pågående förstörelsen av dvärggalaxer även idag.

Det finns observationsbevis för förekomsten av en rad understrukturer i galaxhalos, som tidvattenströmmar och stjärnskal, avslöjas i vår egen Vintergatan och den närliggande Andromedagalaxen.

Det är inom dessa galaxer som vi kan identifiera och isolera enskilda stjärnor i den extremt svaga halo. Och det var Andromedas gloria som utgjorde fokus för vår nya studie som publicerades nyligen.

Ett sökande efter klustring

Istället för stjärnor, vi använde en karta över planetariska nebulosor som också bebor Andromedas gloria.

Dessa är det sena evolutionen av stjärnor som liknar vår egen sol, stjärnor som är skräpet av störande och störda dvärggalaxer. Lyckligtvis, dessa är lätt identifierbara på grund av sin speciella spektrala signatur, en signatur som också avslöjar deras hastigheter.

Vi behövde välja över dessa galaktiska lik, dissekera brottsplatsen för att ta reda på hur många offer som låg gömda i osynligt.

Att göra detta, vi letade efter hur "klustrade" dessa planetariska nebulosor är.

Om bilden av glorier som växer genom ackretion är korrekt, då bör vi förvänta oss en underliggande jämn och oklustrad distribution, resterna av forntida anhopningar som har blivit fullständigt störda och blandade, överlagrat med pågående ansamlingar som bör samlas i kluster i utrymme och hastighet.

Men det finns problem. Medan vi kan se var planetariska nebulosorna är på himlen, och vi kan mäta hastigheten längs siktlinjen, avstånden är okända, liksom de riktiga rörelserna i himlens plan.

Vi var tvungna att utveckla några smarta metoder för att söka efter klustringssignaturer, och jämför dessa med förväntningar från syntetiska modeller av galaxer.

Och framgång! Resultaten avslöjade en blandning av smidigt förvrängda och klumpiga planetariska nebulosor, precis i enlighet med våra kosmologiska förväntningar.

Detta ger ytterligare bevis för vår nuvarande bästa förklaring till kosmos, den kosmologiska modellen för Lambda Cold Dark Matter, ett universum som domineras av gravitationskraften från mörk materia som kämpar mot universums expansion, och där galaxer stadigt har byggts upp över tiden genom att sluka mindre system.

Även om denna framgång är uppmuntrande, med växande bevis på att vår förståelse av hur universum fungerar är välgrundad, spänningar kvarstår. Detta gäller särskilt på skalan av individuella glorier från stora galaxer – den nyligen upptäckta koordinerade dansen av dvärggalaxer ropar fortfarande efter ett svar.

Astronomiska ansträngningar kommer att fortsätta under de närmaste decennierna, men på frågan om när vi verkligen kommer att förstå galaxbildning och evolution, juryn är fortfarande ute.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.