hans Hubble Space Telescope-bild av en gnistrande juvelskrin full av stjärnor fångar hjärtat av vår galax Vintergatan. Åldrande röda jättestjärnor samexisterar med sina mer rikliga yngre kusiner, desto mindre, vit, Solliknande stjärnor, i denna trånga region i vår galax gamla centrala nav, eller bula. De flesta av de klarblå stjärnorna i bilden är förmodligen nyligen bildade stjärnor som ligger i förgrunden, i galaxens skiva. Astronomer studerade 10, 000 av dessa solliknande stjärnor i arkivbilder från Hubble under en nioårsperiod för att hitta ledtrådar till vår galaxs utveckling. Studien avslöjar att Vintergatans utbuktning är en dynamisk miljö av olika åldrade stjärnor som snurrar runt i olika hastigheter, som resenärer som myser om en upptagen flygplats. Forskarna fann att rörelserna hos utbuktande stjärnor är olika, beroende på en stjärnas kemiska sammansättning. Stjärnor som är rikare på grundämnen tyngre än väte och helium har mindre oordnade rörelser, men kretsar runt det galaktiska centrumet snabbare än äldre stjärnor som har brist på tyngre grundämnen. Bilden är en sammansättning av exponeringar tagna i nära-infrarött och synligt ljus med Hubbles Wide Field Camera 3. Observationerna är en del av två Hubble-undersökningar:Galactic Bulge Treasury Program och Sagittarius Window Eclipsing Extrasolar Planet Search. Mitten av vår galax är cirka 26, 000 ljusår bort. Kredit:NASA, ESA, W. Clarkson (University of Michigan-Dearborn), och A. Calamida och K. Sahu (STScI)
Under många år, astronomer hade en enkel bild av vår Vintergatans centrala nav, eller bula, som en stilla plats bestående av gamla stjärnor, de tidigaste hemman i vår galax.
Dock, eftersom den inre Vintergatan är en så trång miljö, det har alltid varit en utmaning att reda ut stjärnrörelser för att undersöka utbuktningen i detalj.
Nu, en ny analys av cirka 10, 000 normala solliknande stjärnor i utbuktningen avslöjar att vår galaxs nav är en dynamisk miljö av stjärnor i olika åldrar som snurrar runt med olika hastigheter, som resenärer som myser om en upptagen flygplats. Denna slutsats är baserad på nio års arkivdata från NASA:s rymdteleskop Hubble.
Hubble-studien av detta komplicerade, kaotiska hjärtat av vår Vintergatan kan ge nya ledtrådar till utvecklingen av vår galax, sa forskarna.
Forskargruppen, ledd av Will Clarkson från University of Michigan-Dearborn, fann att rörelserna hos utbuktande stjärnor är olika, beroende på en stjärnas kemiska sammansättning. Stjärnor som är rikare på grundämnen tyngre än väte och helium har mindre oordnade rörelser, men kretsar runt det galaktiska centrumet snabbare än äldre stjärnor som har brist på tyngre grundämnen.
"Det finns många teorier som beskriver bildandet av vår galax och centrala utbuktning, " sa Annalisa Calamida från Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, en medlem av Hubbles forskargrupp. "Vissa säger att utbuktningen bildades när galaxen först bildades för cirka 13 miljarder år sedan. I det här fallet, alla utbuktande stjärnor bör vara gamla och dela en liknande rörelse. Men andra tror att utbuktningen bildades senare under galaxens livstid, långsamt utvecklas efter att de första generationerna av stjärnor föddes. I detta scenario, några av stjärnorna i utbuktningen kan vara yngre, med sin kemiska sammansättning berikad av tyngre grundämnen som fördrivits från döden av tidigare generationer av stjärnor, och de borde visa en annan rörelse jämfört med de äldre stjärnorna. Stjärnorna i vår studie visar egenskaper hos båda modellerna. Därför, denna analys kan hjälpa oss att förstå bulans ursprung."
Den stora kantsträckan av vår hemmagalax, Vintergatan, ses korsa natthimlen ovanför de klippiga bergen med silhuett i detta fotografi. Vintergatan vidgas märkbart nere till höger. Detta bredare område är det centrala navet, eller bula, av vår galax. tittar in i ett mycket smalt område av kärnan, astronomer använde rymdteleskopet Hubble för att studera sammansättningen och rörelserna av 10, 000 solliknande stjärnor, som visas på den infällda Hubble-bilden. Analysen avslöjar att vår galaxs utbuktning är en oväntat dynamisk miljö av stjärnor i olika åldrar som snurrar runt med olika hastigheter, som resenärer som myser om en upptagen flygplats. Studien ger viktiga nya ledtrådar till komplexiteten hos den centrala utbuktningen och vår Vintergatans utveckling under miljarder år. Hubble-bilden är en sammansättning av exponeringar tagna i nära-infrarött och synligt ljus med Hubble's Wide Field Camera 3. Observationerna är en del av två Hubble-undersökningar:Galactic Bulge Treasury Program och Sagittarius Window Eclipsing Extrasolar Planet Search. Mitten av vår galax är 26, 000 ljusår bort. Kredit:NASA, ESA, och Z. Levay (STScI)
Astronomerna delade upp stjärnorna efter deras kemiska sammansättning och jämförde sedan varje grupps rörelser. De bestämde stjärnornas kemiska innehåll genom att studera deras färger och delade in dem i två huvudgrupper efter deras överflöd av tunga element (järn). De kemiskt berikade stjärnorna rör sig dubbelt så snabbt som den andra befolkningen.
"Genom att analysera nio års data i arkivet och förbättra våra analystekniker, vi har gjort klart, robust detektering av skillnaderna i rörelsen för kemiskt bristfälliga och kemiskt berikade solliknande stjärnor, ", sa Clarkson. "Vi hoppas kunna fortsätta vår analys, vilket kommer att tillåta oss att göra ett tredimensionellt diagram över den rika kemiska och dynamiska komplexiteten hos populationerna i utbuktningen."
Astronomerna baserade sin analys på Advanced Camera for Surveys och Wide Field Camera 3-data från två Hubble-undersökningar:Wide Field Camera 3 Galactic Bulge Treasury Program och Sagittarius Window Eclipsing Extrasolar Planet Search. Uppsättningar av spektra från European Southern Observatorys Very Large Telescope i Chile användes för att uppskatta stjärnornas kemiska sammansättning.
För närvarande, bara Hubble har tillräckligt skarp upplösning för att samtidigt mäta rörelserna hos tusentals solliknande stjärnor på galaxens utbuktning avstånd från jorden. Mitten av vår galax är cirka 26, 000 ljusår bort. "Innan denna analys, dessa stjärnors rörelser var inte kända, " sa teammedlemmen Kailash Sahu från Space Telescope Science Institute. "Du behöver en lång baslinje för att exakt mäta positionerna och rörelserna för dessa svaga stjärnor."
Teamet studerade solliknande stjärnor eftersom de är så rikliga och lätt inom Hubbles räckhåll. Tidigare observationer såg ljusare ut, åldrande röda jättestjärnor, som inte är lika många eftersom de representerar en kort episod under en stjärnas livstid. "Hubble gav oss en smal, blyertsstrålevy av galaxens kärna, men vi ser tusentals fler stjärnor än de som upptäckts i tidigare studier, " sa Calamida. Vintergatans utbuktning är ungefär en tiondel av diametern på vår pannkaksformade galax. "Vi planerar nästa att utöka vår analys för att göra ytterligare observationer längs olika siktlinjer, vilket gör det möjligt för oss att göra en tredimensionell undersökning av den rika komplexiteten hos populationerna i utbuktningen, ", tillade Clarkson.
Forskarna sa att detta arbete också är en viktig sökväg för NASA:s rymdteleskop James Webb för att undersöka Vintergatans arkeologi. Planerad lansering 2019, Webb förväntas djupare undersöka stjärnpopulationer i Vintergatans utbuktning.
Forskargruppen kommer att presentera sina resultat på torsdag, 11 januari, vid det 231:a mötet med American Astronomical Society i Washington, D.C.
