Genom att rikta in sig på de mest massiva galaxerna i vårt universum, astronomer har studerat hur deras stjärnor rör sig. Resultaten är överraskande:medan hälften av dem snurrar runt sin korta axel som förväntat, den andra hälften vänder sig runt sin långa axel. Sådan kinematik är troligen resultatet av en speciell typ av galaxsammanslagningar, involverar redan massiva, galaxer med liknande massa. Detta skulle innebära att tillväxten av de mest massiva och de största galaxerna styrs av dessa sällsynta händelser.

Undersökning av galaxpopulationens ytterligheter

Att mäta hur stjärnor rör sig i galaxer är ett mycket kraftfullt sätt att lära sig om galaxernas inre struktur, speciellt egenskaper som deras tredimensionella form och, i sista hand, hur deras gravitationspotential är.

För att studera de största och mest massiva galaxerna, ett vetenskapsteam ledd av Davor Krajnovic från Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) valde ut ett urval av några av de ljusaste galaxerna upp till ett avstånd på 800 miljoner ljusår. Dessa lever i stora ensembler av galaxer, inom några av de mest tätbefolkade regionerna i vårt universum, som Shapley Supercluster. De är också mycket ljusa och sällsynta. De mest massiva galaxerna är ungefär hundra gånger mer massiva än vår egen galax Vintergatan, som själv redan har en stjärnmassa på 60 miljarder solar. De har nästan ingen gas, de flesta av deras stjärnor är mycket gamla (minst 10 miljarder år) och bildar inte stjärnor längre.

Tyvärr, dessa galaxer är för långt från oss för att kunna lösas upp i enskilda stjärnor och deras rörelser. Man kan bara titta på stjärnornas genomsnittliga rörelser inom vissa regioner. "Det här är vad integralfältspektrografer är bra på", förklarar Davor Krajnovic. "Vi observerade dessa galaxer med MUSE, den underbara integralfältspektrografen på ESO:s Very Large Telescope på Cerro Paranal i Chile. Massiva galaxer kan ha alla möjliga kinematik, några snurrar som frisbees, men de flesta har ingen specifik känsla för rotation. Vi observerade de mest massiva galaxerna och fann att de skilde sig från andra galaxer."

Från skivor till rugbybollar

Majoriteten av galaxer med mellanmassa visar mycket regelbundna stjärnrörelser, som man kan förvänta sig av skivor som vår Vintergatan. I sådana galaxer, rotationskänslan är väl definierad runt objektets kortaxi; rörelsemängden är i linje med den mindre axeln för en oblate sfäroid.

"Vi visste att endast 15 % av galaxerna med mellanmassa har oregelbunden kinematik eller till och med inte visar mycket rotation alls", säger Krajnovic."För sådana galaxer, rotationskänslan är ofta inte i linje med någon av galaxens symmetriaxlar, och dessa galaxer har nästan sfärisk form, eller är avlånga som liknar rugbybollar. Några av dem har en intressant inriktning och roterar runt galaxens långa axel. Endast ett fåtal fall av dessa var kända."

I denna nya studie publicerad i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , författarna visade att dessa galaktiska "snurrande rugbybollar" är mycket vanligare än man tidigare trott om man tittar på de extremt massiva galaxerna, högmassänden av galaxpopulationen.

Resultatet är intressant eftersom det pekar på ett mycket specifikt formationsscenario för dessa galaktiska jättar. Numeriska simuleringar indikerar att rotation längs den långa axeln är indikativ för en sammanslagning av två massiva galaxer med liknande storlek (och massa) när de befinner sig på speciella banor:typ en frontalkollision i rymden.

Sådana galaxkollisioner är våldsamma händelser som helt omformar de inre strukturerna i stamgalaxerna. De kvarvarande galaxerna liknar snurrande rugbybollar. Stjärnbanor blir också mycket mer komplexa, vilket resulterar i kinematik där den enkla ordnade rörelsen ersätts med komplex strömning runt någon av de tre axlarna i en sfäroid. De mest massiva galaxerna är slutpunkterna för galaxbildningen, och välförtjänt visa sig vara de mest komplexa stjärnsystemen. Denna studie hjälper oss att avslöja mysteriet om hur de mest massiva galaktiska systemen i universum kommer till existens.