Ovanför Las Campanas observatorium i Chile, hem för du Pont-teleskopet med vilket SDSS:s APOGEE South Spectrograph observerar den södra himlen. Magellanska molnen är synliga med blotta ögat på södra halvklotet, men för att fånga en sådan här bild krävs en kamera optimerad för astrofotografering. (nedre till vänster och uppe till höger, respektive) Kredit:Ryan Trainor (Franklin och Marshall College)
Efter att långsamt bilda stjärnor under de första miljarder åren av deras liv, de magellanska molnen, nära grannar till vår egen Vintergatan galax, har höjt sitt spel och bildar nu nya stjärnor på ett snabbt klipp. Denna nya insikt i molnens historia kommer från de första detaljerade kemiska kartorna gjorda av galaxer bortom Vintergatan.
Uppkallad efter upptäcktsresande Ferdinand Magellan, som ledde den första europeiska expeditionen som gick runt jorden, de stora och små magellanska molnen är Vintergatans närmaste galaktiska grannar – följeslagargalaxer som en dag kommer att smälta samman med vår galax. De två galaxerna är bara synliga från södra halvklotet, där de ser ljusa ut, skitiga moln.
En karta över stjärnornas historia
Även om människor har tittat på molnen i årtusenden, detta är första gången astronomer har gjort en detaljerad karta över den kemiska sammansättningen av stjärnorna i dem. Projektet, utförd av Sloan Digital Sky Survey (SDSS), leddes av NOAO-astronomen David Nidever, som också är forskningsprofessor i fysik vid Montana State University.
"Vi kartlade positionerna, rörelser, och kemisk sammansättning av tusentals stjärnor i de magellanska molnen, ", sa Nidever. "Att läsa dessa kartor hjälper oss att rekonstruera historien om när dessa galaxer bildade sina stjärnor."
Kartorna är den första större upptäckten som kommer från de nya södra operationerna av SDSS:s Apache Point Observatory Galaxy Evolution Experiment 2 (APOGEE-2) undersökning, som genomförs på Irénée du Pont-teleskopet vid Las Campanas-observatoriet i Chile.
Taget med European Southern Observatorys Gaia Satellite, kartorna visar den relativa förekomsten av tunga grundämnen (grundämnen tyngre än helium) i stjärnorna. Gult indikerar färre tunga element och lila indikerar fler tunga element. Kredit:David Nidever (NOAO/Montana State University) och SDSS-samarbetet.
Att göra kartor från Stellar Spectra
För att göra kartorna, SDSS-teamet samlade in spektra av så många stjärnor som möjligt. Spectra, som sprider ut ljuset från en stjärna i form av en regnbåge, koda stjärnornas rörelser, deras temperatur, de kemiska grundämnen de innehåller, och deras stadium i stjärnans livscykel.
Genom att mäta den kemiska sammansättningen av en galax stjärnor, astronomer kan härleda sin "stjärnbildningshistoria, " ett grovt register över den hastighet med vilken stjärnor bildades över tiden. Rekonstruktionen är möjlig på grund av skillnaden i livslängden för stjärnor med olika massor och den roll mer massiva stjärnor spelar för att berika galaxer med tunga element.
När stjärnorna åldras, stjärnor som är mer massiva än solen utvecklas och exploderar som supernovor, kastar ut tunga element i galaxen, medan mindre massiva stjärnor lever vidare. De utstötta elementen blandas med den befintliga gasen, berika den. Nya generationer av stjärnor bildas från den anrikade gasen och ärver den kemiska sammansättningen. Processen upprepas, med de långlivade stjärnorna med lägre massa som överlevde för att registrera galaxens anrikningshistoria. Genom att kartlägga dessa stjärnors överflöd, astronomer kan "läsa" galaxens stjärnbildningsrekord.
Från modeller baserade på APOGEE kemiska överflöd (från Christian Hayes från University of Virginia). Kurvan för det stora magellanska molnet har skalats upp med en faktor 20 för att underlätta jämförelsen. Medan stjärnbildningen i Vintergatan var snabb vid tidiga tider och sedan avtog, historien om det stora magellanska molnet är nästan helt omvänd:stjärnbildningen var extremt långsam vid tidiga tider och ökade dramatiskt under de senaste 2 miljarderna åren. Kredit:David Nidever (NOAO/Montana State University).
Långsam start följt av en smäll
Resultaten visar att stjärnbildningshistorien för de stora och små magellanska molnen är helt annorlunda än vår galax. "I Vintergatan, stjärnbildning började som gangbusters och avtog senare, " förklarade teammedlemmen Sten Hasselquist från University of Utah. "I kontrast, i de magellanska molnen, stjärnor bildades extremt långsamt vid tidiga tider, i en takt som bara är 1/50 av stjärnbildningshastigheten i Vintergatan, men den takten har skjutit i höjden under de senaste 2 miljarder åren."
Nidever tror att den dramatiska ökningen av stjärnbildningshastigheten beror på samverkan mellan de magellanska molnen och varandra när de faller mot Vintergatan. "Molnen började sina liv lugnt i en relativt isolerad del av universum, där det inte fanns någon anledning att bilda stjärnor, " sade Nidever. "Men under de senaste miljarderna åren, den nära interaktionen som molnen har haft med varandra och med Vintergatan gör att gasen i molnen omvandlas till stjärnor."
Fyrverkerier framåt!
Under de kommande flera miljarder åren, de magellanska molnen kommer att fortsätta att smälta samman med Vintergatan, eftersom gravitationskraften från den mycket mer massiva Vintergatan drar in dem. När sammanslagningen fortskrider, stjärnbildningen i molnen förväntas nå en ännu större, febrig tonhöjd, enligt senaste arbete. På cirka 2,5 miljarder år, det stora magellanska molnet kommer att helt förbrukas av Vintergatan i en kosmisk explosion av stjärnbildning. Våra närmaste grannar kan ha fått en långsam start, men spännande tider väntar!
"The Lazy Giants:APOGEE Abundances Reveal Low Star Formation Efficiencies in the Magellanic Clouds, " Nidever et al. 2019, lämnas in till Astrofysisk tidskrift . Förtryck tillgängligt:arxiv.org/abs/1901.03448
Resultaten presenterades 9 januari 2019 vid det 233:e mötet i American Astronomical Society.
