Vår Vintergatan är inte ensam i universum. Runt oss finns många satellitgalaxer, deltar i en kontinuerlig stordans. Men hur beter sig dessa närliggande galaxer, hur interagerar de med vår galax, och hur ser framtiden ut för dem?

Att få reda på, forskare använder sig av en stor ny mängd data från Europeiska rymdorganisationens (ESA) Gaia-rymdobservatorium. Detta teleskop, lanserades 2013, har varit upptagen med att kartlägga mer än en miljard stjärnor i och utanför vår galax – och dess senaste datauppsättning har precis släppts.

Den 3 december, den första delen av den tredje omgången av data från Gaia – kallad Gaia Early Data Release 3 – gjordes tillgänglig för forskare. Den avslöjade nya positions- och hastighetsdata för många stjärnor redan i sin databas, varav en liten del fanns i dessa satellitgalaxer.

Med hjälp av denna nya data, som inkluderar mer exakta mätningar för hundratals miljoner av dessa stjärnor, forskare planerar att undersöka vår galax och dess omgivningar i utsökt detalj. Och därigenom, vi är på väg att lära oss mer om våra satellitgalaxer än någonsin tidigare.

Vintergatan har minst 50 till 60 satellitgalaxer, även om det exakta antalet är okänt - vissa är helt enkelt för svaga för att se. Den mest befolkade av dessa innehåller miljarder stjärnor, jämfört med hundratals miljarder i vår egen galax, medan de minst befolkade bara har hundratals. De sträcker sig i avstånd från cirka 26, 000 till en miljon ljusår bort.

Plan

Även om de finns i olika former och storlekar, de flesta delar ett udda drag. "Många av satelliterna rör sig i ett plan, liknande hur planeterna rör sig runt solen i vårt solsystem, " sa Dr Marius Cautun från Leiden University i Nederländerna. "Detta är ganska förbryllande, eftersom vi (baserat på nuvarande teoretiska modeller) skulle förvänta oss mer slumpmässig rörelse."

Dr. Cautun och hans team gjorde denna upptäckt som en del av ett projekt som heter DancingGalaxies. Genom att använda Gaias oöverträffade och enorma data, de har kunnat övervaka stjärnornas rörelse inuti dessa satellitgalaxer, och därmed spåra deras övergripande rörelser.

"De flesta data från Gaia handlar om stjärnor i (Vintergatan), " sade Dr. Cautun. "Men du kan mäta rörelsen hos ljusa stjärnor så långt som 100, 000 ljusår, och kanske ännu längre, bort. Och vi kan ta ett genomsnitt av rörelsen för dessa stjärnor och få rörelsen för satellitgalaxerna."

Detta avslöjade den udda rörelsen hos dessa satellitgalaxer – och det kunde ge en inblick i Vintergatans utveckling. "Vanligtvis, galaxer växer genom att ansamla (samla) materia utifrån, " sade Dr. Cautun. "Vad vi tror hände i fallet med vår egen Vintergatan är saken, istället för att vara sfäriskt, ansamlades i ett plan — inklusive satellitgalaxerna. Om detta är fallet, Vintergatan är ett extremt exempel på tillväxt i ett plan." Detta kan göra Vintergatan lite ovanligt, som andra galaxer tros ha samlats sfäriskt.

Mörk materia

Att studera dessa galaxers rörelse har också gjort det möjligt för astronomer som Dr. Cautun att undersöka mörk materia, specifikt en halo av mörk materia som är känd för att omge vår galax. Den atypiska rörelsen hos våra satelliter har antytt att, snarare än att vara sfärisk, den mörka materiens halo är mer formad som en rugbyboll och vriden.

"Det förbryllande är att på något avstånd, kanske 40, 000 till 100, 000 ljusår bort från centrum av vår egen galax, glorian genomgår en plötslig vändning, sade Dr Cautun, en funktion som återigen kan betyda att Vintergatan är unik, eftersom mindre än en procent av galaxerna tros ha en sådan flip. "Det är som rugbybollar ovanpå varandra, men någon gång vänds rugbybollen 90 grader, en twist in the dark matter gloria. Detta är en konstig funktion som bara händer i mycket, väldigt få galaxer."

I framtiden borde det vara möjligt att använda Gaia-data för att undersöka några av våra svagaste satellitgalaxer mer i detalj än tidigare. "Vi kommer att ha mer exakta mätningar för rörelsen hos de svagaste satelliterna, sade Dr Cautun, med minst en faktor tio förbättringar förväntad på den kända rörelsen hos sådana galaxer. "Det kommer att göra stor skillnad."

Särskilt två satellitgalaxer är av stort intresse för astronomer, eftersom de är i färd med att interagera både med varandra och med vår Vintergatan. Dessa är kända som de små och stora magellanska molnen, eller SMC och LMC, ligger cirka 200, 000 och 163, 000 ljusår bort respektive.

Professor Maria-Rosa Cioni vid Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam i Tyskland leder ett projekt som heter Interclouds som använder LMC och SMC, den förra är den största av våra satellitgalaxer, för att förstå mer om hur galaxer beter sig. "(Vår) idé är att använda dessa två galaxer för att lära sig om galaxinteraktioner, ", sa hon. Deras närhet till jorden gör dem enkla kandidater att studera eftersom även enskilda stjärnor kan ses.

Passera

För att studera dem, Prof. Cioni och hennes team har analyserat populationerna och rörelserna av stjärnorna i varje moln. För närvarande, båda molnen rör sig bort från Vintergatan med cirka 320 kilometer per sekund, med detta är slutet på ett nära pass som nyligen började i astronomiska termer under de senaste två miljarderna åren. En stor obesvarad fråga, dock, är om detta var deras första eller andra pass.

"Det verkar som om de rör sig för snabbt för att vara på en bunden bana, så vi tror att de precis gjorde den första passagen till Vintergatan, " sade Prof. Cioni. "Men det finns andra människor som tror att de är på sin andra passage, vilket (skulle betyda) att de redan är bundna till Vintergatan."

Om det förra är sant, det är möjligt att de magellanska molnen kan fortsätta att röra sig bort – och därför kanske inte faktiskt är satelliter. För att ta reda på det måste vi veta exakt hur deras massa står sig i jämförelse med Vintergatan för att avgöra om det finns en tillräckligt stark gravitationskraft för att föra tillbaka dem eller inte, och Gaias data är avgörande för att komma fram till det exakta måttet på deras massor.

"Om Vintergatan inte är särskilt massiv, då är gravitationskraften som de magellanska molnen skulle känna inte särskilt stark, " sa Prof. Cioni. '(Men) om Vintergatans massa är betydligt större än massan av Magellanska molnen, de kommer att sakta ner enormt så att de kommer att förbli närmare."

Prof. Cioni hoppas också kunna undersöka de magellanska molnens åldrar, deras kemiska sammansättning, och till och med deras strukturer – något som helt enkelt inte är möjligt utan storskaliga datauppsättningar som Gaia. "Gaia tillåter oss att göra det på en nivå som inte var möjlig tidigare, " Hon sa.