Precis som solen rör sig i Vintergatan, alla stjärnor i galaxerna rör sig, men med mycket olika banor. Några av stjärnorna har starka rotationer, medan andra kan röra sig slumpmässigt utan tydlig rotation. Jämför andelen stjärnor i olika banor, forskare kan avgöra hur galaxer bildas och utvecklas. Ett internationellt team av astronomer har härlett direkt, för första gången, orbitalfördelningen av ett galaxprov som innehåller mer än 300 galaxer i lokaluniversum. Resultaten, publicerad i Natur astronomi , baseras på CALIFA-undersökningen, ett projekt utvecklat vid Calar Alto Observatory och skapat från Institute of Astrophysics of Andalusia (IAA-CSIC).

Galaxer är de största strukturerna i universum, och forskare studerar hur de utvecklas för att förstå universums historia. Galaxbildning innebär den hierarkiska sammansättningen av glorier av mörk materia, tillsammans med kondensering av normal materia i gloriornas centrum, där stjärnbildning sker. Stjärnor som bildades från en fast, tunn gasskiva och sedan levande under dynamiskt vilande perioder kommer att presentera nästan cirkulära banor, medan stjärnor med slumpmässiga rörelser är resultatet av turbulenta miljöer, antingen vid födseln eller senare, med galaktiska sammanslagningar.

Således, stjärnornas rörelser i en galax är som en historiebok, registrerar information om deras födelse- och tillväxtmiljö, som kan avslöja hur galaxen bildades. "Dock, rörelsen för varje enskild stjärna är inte direkt observerbar i yttre galaxer. Externa galaxer projiceras på observationsplanet som en bild och vi kan inte lösa upp de diskreta stjärnorna i det, säger Ling Zhu, forskare från Max Planck Institute for Astronomy som leder studien. "CALIFA-undersökningen använder en nyligen utvecklad teknik, integralfältspektroskopi, som kan observera de yttre galaxerna på ett sådant sätt att det ger stjärnornas övergripande rörelse. Således, vi kan få kinematiska kartor över varje galax."

Forskarna bygger sedan modeller för varje galax genom att placera stjärnor på olika typer av banor. Genom att begränsa modellen med den observerade bilden och kinematiska kartor, de kan ta reda på mängden stjärnor som rör sig på olika typer av banor i varje galax. De kallar det stjärnomloppsfördelningen, och för denna studie, teamet har byggt modeller för 300 galaxer som är representativa för de allmänna egenskaperna hos galaxer i lokaluniversum.

Kartorna visar förändringar i den galaktiska omloppsfördelningen beroende på galaxernas totala stjärnmassa. De ordnade roterande banorna är mest framträdande i galaxer med totala stjärnmassor på 10 miljarder solmassor, och minst viktigt för de mest massiva. Slumpmässiga rörelsebanor dominerar föga överraskande de mest massiva galaxerna (mer än 100 miljarder solmassor). "Detta är den första omloppsbaserade masssekvensen över alla morfologiska typer. Den inkluderar blomstrande information om en galaxs förflutna, i princip om det hade varit en lugn följd av endast mindre sammanslagningar eller formats av en våldsam stor sammanslagning. Ytterligare studier behövs för att förstå detaljerna, säger Glenn van de Ven (ESO).

Forskarna hade hittat en ny och korrekt metod för att läsa av en galax historia – och deras undersökning med dess datamängder för 300 galaxer visade sig vara det största befintliga biblioteket av galaxhistoriska böcker.

"Detta arbete belyser vikten av integral fältspektroskopi och, särskilt, av storskaliga undersökningar som CALIFA-projektet. Det betydande bidraget från vad vi kallar "heta" banor, en blandning av rotation och slumpmässiga rörelser av stjärnkomponenten, utgör viktiga utmaningar för kosmologiska modeller av galaxbildning och evolution, " säger Rubén García Benito, en forskare vid Institute of Astrophysics of Andalusia (IAA-CSIC) som deltar i projektet.

CALIFAs resultat representerar en observationsbestämd omloppsfördelning av galaxer i dagens universum. De lämpar sig således för direkt jämförelse med prover av kosmologiska simuleringar av galaxer i ett kosmologiskt sammanhang. I det här sammanhanget, dessa resultat öppnar ett nytt fönster för att jämföra galaxsimuleringar med den observerade galaxpopulationen i dagens universum.