För nästan 3 miljarder år sedan, en dvärggalax störtade in i mitten av Vintergatan och slets isär av kollisionens gravitationskrafter. Astrofysiker meddelade idag att sammanslagningen producerade en rad avslöjade skalliknande formationer av stjärnor i närheten av konstellationen Jungfrun, de första sådana "skalstrukturer" som finns i Vintergatan. Fyndet ger ytterligare bevis på den antika händelsen, och nya möjliga förklaringar till andra fenomen i galaxen.

Astronomer identifierade en ovanligt hög densitet av stjärnor som kallas Jungfruöverdensiteten för ungefär två decennier sedan. Stjärnundersökningar visade att några av dessa stjärnor rör sig mot oss medan andra flyttar bort, vilket också är ovanligt, som en klunga av stjärnor vanligtvis skulle resa tillsammans. Baserat på nya data, astrofysiker vid Rensselaer Polytechnic Institute föreslog 2019 att överdensiteten var resultatet av en radiell sammanslagning, stjärnversionen av en T-bone-krasch.

"När vi sätter ihop det, det var ett aha-ögonblick, " sa Heidi Jo Newberg, Rensselaer professor i fysik, tillämpad fysik, och astronomi, och huvudförfattare till The Astrophysical Journal papper som beskriver upptäckten. "Den här gruppen av stjärnor hade en hel massa olika hastigheter, vilket var väldigt konstigt. Men nu när vi ser deras motion som helhet, vi förstår varför hastigheterna är olika, och varför de rör sig som de är."

De nyligen tillkännagivna skalstrukturerna är plan av stjärnor böjda, som paraplyer, lämnades kvar när dvärggalaxen slets isär, bokstavligen studsar upp och ner genom galaxens centrum när den införlivades i Vintergatan, en händelse som forskarna har kallat "Virgo Radial Merger". Varje gång dvärggalaxstjärnorna passerar snabbt genom galaxens centrum, sakta ner när de dras tillbaka av Vintergatans gravitation tills de stannar längst bort, och vänd dig sedan om för att krascha genom mitten igen, en annan skalstruktur skapas. Simuleringar som matchar undersökningsdata kan användas för att beräkna hur många cykler dvärggalaxen har uthärdat, och därför, när den ursprungliga kollisionen inträffade.

Det nya dokumentet identifierar två skalstrukturer i Jungfruns överdensitet och två i Hercules Aquila Cloud-regionen, baserat på data från Sloan Digital Sky Survey, Europeiska rymdorganisationens Gaia rymdteleskop, och LAMOST-teleskopet i Kina. Datormodellering av skalen och stjärnornas rörelse indikerar att dvärggalaxen först passerade genom Vintergatans galaktiska centrum för 2,7 miljarder år sedan.

Newberg är expert på Vintergatans halo, ett sfäriskt moln av stjärnor som omger spiralarmarna på den centrala skivan. De flesta om inte alla dessa stjärnor verkar vara "invandrare, " stjärnor som bildades i mindre galaxer som senare drogs in i Vintergatan. När de mindre galaxerna smälter samman med Vintergatan, deras stjärnor dras av så kallade "tidvattenkrafter, "samma typ av differentialkrafter som gör tidvatten på jorden, och de bildar så småningom en lång sträng av stjärnor som rör sig unisont i gloria. Sådana tidvattensammanslagningar är ganska vanliga och har utgjort mycket av Newbergs forskning under de senaste två decennierna.

Mer våldsamma "radiella sammanslagningar" anses vara mycket mindre vanliga. Thomas Donlon II, en Rensselaer doktorand och första författare till tidningen, sa att de från början inte sökte bevis för en sådan händelse.

"Det finns andra galaxer, typiskt mer sfäriska galaxer, som har en mycket uttalad skalstruktur, så du vet att dessa saker händer, men vi har tittat i Vintergatan och inte sett riktigt uppenbart, gigantiska skal, sa Donlon, som var huvudförfattare på 2019 års tidning som först föreslog Virgo Radial Merger. När de modellerade Jungfruns överdensitets rörelse, de började överväga en radiell sammanslagning. "Och sedan insåg vi att det är samma typ av fusion som orsakar dessa stora skal. Det ser bara annorlunda ut eftersom, för en sak, vi är inne i Vintergatan, så vi har ett annat perspektiv, och även detta är en skivgalax och vi har inte så många exempel på skalstrukturer i skivgalaxer."

Fyndet innebär potentiella implikationer för ett antal andra stjärnfenomen, inklusive Gaia-korven, en formation av stjärnor som tros ha uppstått genom sammanslagning av en dvärggalax för mellan 8 och 11 miljarder år sedan. Tidigare arbete stödde idén att Jungfruns radiella sammanslagning och Gaia-korven var resultatet av samma händelse; den mycket lägre åldersuppskattningen för Jungfruns radiella sammanslagning betyder att antingen är de två olika händelser eller så är Gaia-korven mycket yngre och kan inte ha orsakat skapandet av Vintergatans tjocka skiva, som tidigare hävdats. Ett nyligen upptäckt spiralmönster i positions- och hastighetsdata för stjärnor nära solen, ibland kallad Gaia-snigel, och en föreslagen händelse som kallas Splash, kan också förknippas med Virgo Radial Merger.

"Det finns många potentiella kopplingar till detta fynd, " Newberg sa. "The Virgo Radial Merger öppnar dörren till större förståelse för andra fenomen som vi ser och inte helt förstår, och det kunde mycket väl ha påverkats av att något hade fallit rakt igenom mitten av galaxen för mindre än 3 miljarder år sedan."