Vår Vintergatan tros vara hem för så många som 400 miljarder stjärnor, varav en är, självklart, vår egen sol. Men hur och när bildades dessa stjärnor, och var kom de ifrån?

Att förstå stjärnpopulationen i vår galax kan avslöja en hel del, inte bara om vårt eget hem utan också om universum som helhet. Så kallad galaktisk arkeologi kan avslöja hur galaxer tar form, och förklara några av våra intressanta komplexiteter.

Självklart, med tanke på vår plats inuti den, Vintergatan är också det bästa laboratorium vi har för att studera krångligheterna i hur galaxer utvecklas, flytta, och form. Och genom att studera dessa miljarder gåtfulla ljuspunkter inuti vår galax, en hel värld av förståelse öppnas upp.

Supernovor

Stjärnor spelar en viktig roll i en galaxs liv. En liten bråkdel avslutar sina liv som explosioner som kallas supernovor, och via dessa händelser släpper de alla nödvändiga tyngre element som behövs för att göra saker som planeter, asteroider, och till och med livet självt. Så vad kan dessa händelser berätta om vår galax?

Professor Dan Maoz från Tel Aviv University i Israel leder ett projekt som heter EMERGE som försöker svara på frågor som denna. "Idén bakom EMERGE är att försöka få så mycket information observationsmässigt som möjligt som är relevant för denna fråga, " han sa, menar var, hur, och när de olika elementen i universum producerades, och hur de var fördelade i stjärnorna i vår galax."

Stjärnor, som vår sol, innehåller ett fossilliknande register över alla tidigare generationer av stjärnor som exploderade som supernovor, så att vi nästan kan se tillbaka i tiden genom att studera nuvarande stjärnor. "Och det är tanken, att se hur från dessa grundläggande anrikningsprocesser av supernovor, den nuvarande bilden av vår galax dök upp, " sa prof. Maoz.

För att komma åt denna fossilliknande post, projektet använder sig av Europeiska rymdorganisationens (ESA) Gaia-teleskop. Lanserades 2013 och placerades 1,5 miljoner kilometer från jorden, detta avancerade rymdobservatorium är på ett decennierlångt uppdrag för att undersöka mer än två miljarder stjärnor i vår galax, den mest omfattande galaktiska undersökningen i historien.

Gaias data gör det möjligt för prof. Maoz att undersöka något som kallas den initiala massfunktionen (IMF) för stjärnor, det relativa antalet små och stora stjärnor som bildas i en given population. Genom att veta avståndet och ljusstyrkan för sådana stjärnor, deras IMF kan granskas — och med den, deras historia kan pusslas ihop.

Redan några intressanta fynd har gjorts. Till exempel, genom att mäta deras IMF, Prof. Maoz och kollegor kunde bekräfta att en grupp på flera miljarder stjärnor i vår galax, känd som "Gaia Sausage", inte härstammar från vår galax, och i själva verket slogs samman med vår Vintergatan.

"Till vår förvåning, vi fann att de har en initial massfunktion som är mycket skild från de normala stjärnorna i vår galax, " sa Prof. Maoz. Deras IMF, som en genetisk signatur, bekräftade tidigare indikationer på att "denna population av stjärnor svaldes av Vintergatan för 10 miljarder år sedan."

Galaktisk arkeologi

Att veta var och hur stjärnor bildades kan berätta mycket om vår galax. Men en annan viktig del av att förstå Vintergatan är att ta reda på hur gamla dess olika stjärnor är, vilket i sin tur låter oss studera historien om vår galax – ett tillvägagångssätt som kallas galaktisk arkeologi.

Asterokronometriprojektet, ledd av Dr Andrea Miglio från University of Birmingham i Storbritannien, vill fördjupa sig i detta mer i detalj för att förstå hur spiralgalaxer gillar vår egen form och utvecklas. Det kommer att göra det genom att mäta åldrarna för tiotusentals stjärnor i Vintergatan, men det har krävt en del nytänkande för att uppnå det.

Projektet använder sig av en unik stjärndateringsmetod känd som asteroseismologi som förlitar sig på pulsen av varje stjärnas ljusstyrka, kompletterat med Gaias oöverträffade information, att förstå massor av stjärnåldrar på en gång och på så sätt rekonstruera tidslinjen för händelser som bildade vår galax.

"Innan Gaia, vi hade information om avstånden för bara några (nära) tusen stjärnor, " sade Dr. Miglio. "Nu med Gaia, vi har mycket exakt information om var stjärnorna finns. När du har avståndet, du kan härleda mycket exakt (den) ljusstyrkan. med Gaia, vi kan göra det (några tusen ljusår) från solen, så att du kan börja utforska olika delar av galaxen."

För att uppnå hög precision åldrar, projektet förlitar sig också på data från planetjaktteleskop – som NASA:s Kepler och ESA:s CoRoT – som letade efter planeter genom att mäta förändringar i en stjärnas ljusstyrka, och NASA:s TESS, som gör det än idag.

Sådana förändringar över tid relaterar direkt till en stjärnas ålder. "Dessa förändringar är relaterade till ljudvågor fångade i stjärnans inre, " sade Dr. Miglio. "Genom att mäta frekvensen av dessa oscillationslägen, du kan (träna ut) massan, och då kan du ha en väldigt exakt ålder."

Man hoppas att modellen kan uppnå en precision på 90 % på dessa stjärnåldrar, "vilket är verkligen fantastiskt, säger Dr. Miglio, eftersom det kan tillåta oss att datera föremål i Vintergatans 10 miljarder år långa historia med en osäkerhet på bara en miljard år. Att studera stjärnålder på detta sätt kommer att göra det möjligt att sammanställa en bild av vår galaxs utveckling, använder stjärnor som "trädringar" eller "fossiler, " säger Dr. Miglio. "Du kan rekonstruera när en viss händelse inträffade, och hur Vintergatan verkligen utvecklades, " han sa, "och hur olika regioner i galaxen berikades med vissa element."

Gör detta, tillsammans med projekt som EMERGE, kan börja berätta för oss om vår Vintergatan liknar andra spiralgalaxer vi kan observera till sin struktur och utveckling. "När vi har förstått sammansättningen av Vintergatan, vi kan se om det är unikt, sade Dr. Miglio.