Astronomer har undersökt en liten population av stjärnor i Vintergatans halo, hitta sin kemiska sammansättning nära den på den galaktiska skivan. Denna likhet ger övertygande bevis för att dessa stjärnor har sitt ursprung inifrån skivan, snarare än från sammanslagna dvärggalaxer. Anledningen till denna stjärnmigrering tros vara teoretiskt föreslagna svängningar av Vintergatans skiva som helhet, inducerad av tidvattensinteraktionen mellan Vintergatan och en förbipasserande massiv satellitgalax.

Om någon från yttre rymden vill kontakta dig via "rymdpost", din kosmiska adress skulle innehålla flera rader inklusive "Jorden", "Solsystem", "Orion Spiral Arm" och "Vintergatans galax". Denna position i vår hemmagalax ger oss en plats på första raden för att utforska vad som händer i en sådan galax.

Dock, Vårt interna perspektiv ger en del utmaningar i vår strävan att förstå det - till exempel för att beskriva dess form och omfattning. Och ännu ett problem är tiden:Hur kan vi tolka galaktisk evolution om vår egen livslängd (och våra teleskops) är mycket mindre än det kosmiska ögats blink?

I dag, vi har en ganska tydlig bild av Vintergatans breda egenskaper och hur den passar in bland andra galaxer i universum. Astronomer klassar det som ett ganska genomsnittligt, stor spiralgalax med majoriteten av dess stjärnor som cirkulerar dess centrum inom en skiva, och en damning av stjärnor bortom den som kretsar i den galaktiska halo.

Dessa halostjärnor verkar inte vara slumpmässigt fördelade i halon - i stället är många grupperade i gigantiska strukturer - enorma strömmar och moln (eller överdensiteter) av stjärnor, några som helt omger Vintergatan. Dessa strukturer har tolkats som signaturer av Vintergatans tumultartade förflutna - skräp från gravitationsavbrottet av de många mindre galaxerna som tros ha invaderat vår galax tidigare.

Forskare har försökt lära sig mer om Vintergatans våldsamma historia genom att titta på egenskaperna hos stjärnorna i skräpet som lämnats kvar - deras positioner och rörelser kan ge oss ledtrådar om inkräktarens ursprungliga väg, medan typerna av stjärnor de innehåller och den kemiska sammansättningen av dessa stjärnor kan berätta något om hur den sedan länge döda galaxen kan ha sett ut.

Ett internationellt team av astronomer under ledning av Dr Maria Bergemann från Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg hittade nu övertygande bevis för att vissa av dessa halostrukturer kanske inte är överblivna skräp från invaderande galaxer utan snarare härrör från själva Vintergatans skiva!

Forskarna undersökte 14 stjärnor belägna i två olika strukturer i den galaktiska halo, Triangulum-Andromeda (Tri-And) och stjärnöverdensiteterna A13, som ligger på motsatta sidor av det galaktiska skivplanet. Tidigare studier av rörelsen hos dessa två diffusa strukturer visade att de är kinematiskt associerade och kan relateras till Monoceros-ringen, en ringliknande struktur som vrider sig runt galaxen. Dock, naturen och ursprunget för dessa två stjärnstrukturer var fortfarande inte slutgiltigt klarlagda. Positionen för de två stjärnöverdensiteterna kan bestämmas som att var och en ligger cirka 5 kiloparsec (14000 ljusår) över och under det galaktiska planet som indikeras i figur 1 (se bild).

Bergemann och hennes team, för första gången, presenterade nu detaljerade kemiska förekomstmönster av dessa stjärnor, erhålls med högupplösta spektra tagna med Keck och VLT (Very Large Telescope, ESO) teleskop. "Analysen av kemiska förekomster är ett mycket kraftfullt test, vilket tillåter, på ett sätt som liknar DNA-matchningen, för att identifiera stjärnans föräldrapopulation. Olika föräldrapopulationer, som Vintergatans skiva eller halo, dvärgsatellitgalaxer eller klothopar, är kända för att ha radikalt olika kemiska sammansättningar. Så när vi väl vet vad stjärnorna är gjorda av, vi kan omedelbart koppla dem till deras föräldrapopulationer.", förklarar Bergemann.

När man jämför den kemiska sammansättningen av dessa stjärnor med de som finns i andra kosmiska strukturer, forskarna blev förvånade över att finna att de kemiska sammansättningarna är nästan identiska, både inom och mellan dessa grupper, och överensstämmer noga med överflödsmönstren hos Vintergatans skivstjärnor. Detta ger övertygande bevis för att dessa stjärnor med största sannolikhet kommer från den galaktiska tunna skivan (den yngre delen av Vintergatan, koncentrerad mot själva det galaktiska planet), snarare vara skräp från invasiva galaxer!

Men hur kom stjärnorna till dessa extrema positioner över och under den galaktiska skivan? Teoretiska beräkningar av utvecklingen av Vintergatans galax förutspår att detta kommer att hända, med stjärnor som flyttas till stora vertikala avstånd från sin födelseort i diskplanet. Denna "migration" av stjärnor förklaras teoretiskt av skivans svängningar som helhet. Den föredragna förklaringen till dessa svängningar är tidvatteninteraktionen mellan Vintergatans mörka materia-halo och dess skiva med en förbipasserande massiv satellitgalax.

Resultaten publicerade i tidskriften Natur av Bergemann och hennes kollegor ger nu det tydligaste beviset för dessa svängningar av Vintergatans skiva som erhållits hittills!

Dessa fynd är mycket spännande, eftersom de indikerar att Vintergatans disk och dess dynamik är betydligt mer komplex än man tidigare trott. "Vi visade att det kan vara ganska vanligt att grupper av stjärnor på skivan flyttas till mer avlägsna sfärer inom Vintergatan - efter att ha blivit "utsparkade" av en invaderande satellitgalax. Liknande kemiska mönster kan också hittas i andra galaxer — som indikerar en potentiell galaktisk universalitet av denna dynamiska process." sa Allyson Shefield, PhD, docent i fysik vid LaGuardia Community College/CUNY, en medförfattare till studien.

Som nästa steg, astronomerna planerar att analysera spektra för andra stjärnor både i de två överdensiteterna, såväl som stjärnor i andra stjärnstrukturer längre bort från skivan. De är också mycket angelägna om att få massor och åldrar av dessa stjärnor för att begränsa tidsgränserna när denna interaktion mellan Vintergatan och en dvärggalax inträffade.

"Vi räknar med att pågående och framtida undersökningar som 4MOST och Gaia kommer att ge unik information om kemisk sammansättning och kinematik hos stjärnor i dessa överdensiteter. De två strukturer vi redan har analyserat är, i vår tolkning, i samband med storskaliga svängningar av skivan, inducerad av en interaktion mellan Vintergatan och en dvärggalax. Gaia kan ha potential att se sambandet mellan de två strukturerna, visar hela mönstret av korrugeringar i den galaktiska skivan", säger Bergemann, som också är en del av Collaborative Research Centre SFB 881 "The Milky Way System", belägen vid Heidelbergs universitet.