En ny studie om kinematik och kemisk sammansättning av ett urval av stjärnor i närheten av solen, ledd av Dr Daniela Carollo, forskare vid det italienska nationella institutet för astrofysik, har avslöjat att stjärnorna som utgör Vintergatans tjocka skiva tillhör två distinkta stjärnpopulationer med olika egenskaper och inte till en enda, som man har trott i mer än två decennier.

Den nya tjocka skivkomponenten, kallad metallsvag tjockskiva (MWTD) eller metallfattig tjockskiva, skiljer sig från den kanoniska i rotationshastigheten runt det galaktiska centrumet och dess kemiska sammansättning. Verkligen, stjärnor som utgör TD har en rotationshastighet på cirka 180 km per sekund, medan de av MWTD roterar långsammare, i cirka 150 km per sekund. Stjärnor som tillhör MWTD är också två gånger mer metallfattiga än de i TD och har högre energi, en egenskap som gör att de kan nå större höjder från det galaktiska planet.

"Det var nästan 30 år som astronomer försökte lösa detta pussel, sade Dr. Carollo, forskare vid det astrofysiska observatoriet i Turin, första författaren till artikeln som rapporterade upptäckten, precis publicerat i The Astrophysical Journal . "Faktiskt, man trodde att MWTD inte var något annat än en förlängning av den tjocka skivan och inte en oberoende population med olika astrofysiska ursprung."

De exakta parametrarna som tillhandahålls av ESA Gaia-uppdraget (positioner, stjärnornas avstånd och inneboende rörelser), och den kemiska informationen på ett prov på 40, 000 stjärnor i Sloan Digital Sky Survey (SDSS), tillät teamet att särskilja MWTD i ett diagram som visar vinkelmomentet kombinerat med kemin.

"Vinkelmomenten är kvantiteter som bevaras under bildandet och efterföljande utveckling av ett fysiskt system som vår galax, " förklarar Dr. Carollo. "Därför, i ett exakt diagram av vinkelmomentet, stjärnorna förde in i galaxen av samma stamfader, som till exempel från en tidigare sammansmältning av en satellitgalax, kommer att ha liknande vinkelmoment och tenderar att samlas i diagrammet."

TD och MWTD bildar två distinkta grupper i diagrammet, såväl som i deras kemi. Inom astronomi, de kemiska grundämnena tyngre än väte och helium, som bildades under Big Bang, definieras som metaller. Dessa tyngre kemiska grundämnen producerades under nukleosyntesen av massiva stjärnor som exploderade som supernovor.

En speciell grupp av lätta element som magnesium och titan, jämfört med tyngre element, som järn, tillhandahålla en grundläggande parameter som gör det möjligt för forskare att skilja populationer av gamla stjärnor från de av yngre stjärnor. MWTD har inte bara stjärnor som är fattigare på järn, men dessa stjärnor är också rikare på element från magnesium- och titangruppen (alfa-element) vilket antyder en antecedentbildning till TD.

Dessa viktiga skillnader mellan TD och MWTD, nämligen kinematik och kemi hos deras stjärnor, tyder på att de två skivorna hade ett annat ursprung under galaxbildningsprocessen.

Men hur bildades en andra tjock skiva i Vintergatan? Hypoteserna är mångfaldiga:MWTD kan vara äldre än TD och dess stjärnor kunde ha fått energi av en sammanslagning av en dvärgsatellitgalax med Vintergatan, under dess inledande bildningsstadium. Senare, fusionen av en andra satellitgalax skulle ha gett upphov till TD.

En annan möjlighet är att MWTD-stjärnorna ursprungligen hade bildats i ett område närmare centrum av urgalaxen och sedan transporterats till större avstånd, närmare där solen befinner sig nu, av interna fenomen som instabiliteter i mittstången eller galaxens spiralarmar. Eller en forntida satellitgalax med massa som liknar det lilla magellanska molnet slogs samman med urgalaxen och dess stjärnor började snurra runt det galaktiska centrumet på grund av den ömsesidiga gravitationsinteraktionen.

Alla dessa hypoteser kan testas genom teoretiska modeller och simuleringar av Vintergatan-liknande galaxbildning.