Den första kartan över den "galaktiska underjorden" – ett diagram över liken av en gång så massiva solar som sedan dess har kollapsat till svarta hål och neutronstjärnor – har avslöjat en kyrkogård som sträcker sig tre gånger så hög som Vintergatan, och som nästan en tredjedel av objekten har kastats ut från galaxen helt och hållet.

"Dessa kompakta rester av döda stjärnor visar en fundamentalt annorlunda distribution och struktur jämfört med den synliga galaxen", säger David Sweeney, en Ph.D. student vid Sydney Institute for Astronomy vid University of Sydney och huvudförfattare till artikeln i senaste numret av Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

"Höjden" på den galaktiska underjorden är över tre gånger större i själva Vintergatan," tillade han. "Och häpnadsväckande 30 procent av objekten har kastats ut helt från galaxen."

Neutronstjärnor och svarta hål bildas när massiva stjärnor – mer än åtta gånger större än vår sol – tar ut sitt bränsle och plötsligt kollapsar. Detta utlöser en skenande reaktion som blåser isär de yttre delarna av stjärnan i en titanisk supernovaexplosion, medan kärnan fortsätter att komprimeras i sig själv tills den – beroende på dess startmassa – blir antingen en neutronstjärna eller ett svart hål.

I neutronstjärnor är kärnan så tät att elektroner och protoner tvingas kombineras på subatomär nivå till neutroner, vilket pressar samman dess totala massa i en sfär som är mindre än en stad. Om den ursprungliga stjärnans massa är större än 25 gånger vår sols, fortsätter den gravitationsdrivna kollapsen, tills kärnan är så tät att inte ens ljus kan komma ut. Båda typerna av stjärnlik förvränger rum, tid och materia runt dem.

Även om miljarder måste ha bildats sedan galaxen var ung, slängdes dessa exotiska kadaver ut i det interstellära rymdens mörker av supernovan som skapade dem, och gled därför bortom syn och kunskap för astronomer – tills nu.

Genom att noggrant återskapa hela livscykeln för de gamla döda stjärnorna har forskarna konstruerat den första detaljerade kartan som visar var deras lik ligger.

"Ett av problemen med att hitta dessa forntida föremål är att vi hittills inte hade någon aning om var vi skulle leta", säger professor Peter Tuthill vid Sydney Institute for Astronomy, medförfattare på tidningen. "De äldsta neutronstjärnorna och svarta hålen skapades när galaxen var yngre och formad på ett annat sätt och sedan utsattes för komplexa förändringar som sträcker sig över miljarder år. Det har varit en stor uppgift att modellera allt detta för att hitta dem."

Nybildade neutronstjärnor och svarta hål överensstämmer med dagens galax, så astronomer vet var de ska leta. Men de äldsta neutronstjärnorna och svarta hålen är som spöken som fortfarande spökar i ett hus som revs för länge sedan, så de är svårare att hitta.

"Det var som att försöka hitta den mytomspunna elefantens kyrkogård", sa professor Tuthill och syftade på en plats dit, enligt legenden, gamla elefanter går för att dö ensamma, långt från sin grupp. "Benen av dessa sällsynta massiva stjärnor måste finnas där ute, men de verkade hölja sig i mystik."

Sweeney tillade att "det svåraste problemet jag var tvungen att lösa för att jaga deras verkliga utbredning var att redogöra för de "sparkar" de får i de våldsamma ögonblicken av deras skapelse. Supernovaexplosioner är asymmetriska, och resterna kastas ut i hög hastighet - uppåt. till miljontals kilometer i timmen – och, ännu värre, detta händer i en okänd och slumpmässig riktning för varje objekt."

Men ingenting i universum sitter stilla länge, så det räckte inte ens att känna till de sannolika omfattningen av de explosiva sparkarna:forskarna var tvungna att gräva ner i djupet av kosmisk tid och rekonstruera hur de betedde sig under miljarder år.

"Det är lite som i snooker," sa Sweeney. "Om du vet i vilken riktning bollen träffas och hur hårt, så kan du räkna ut var den kommer att hamna. Men i rymden är föremålen och hastigheterna mycket större. Dessutom är bordet inte platt, så de stjärnresterna gå på komplexa banor som trär sig genom galaxen."

"Äntligen, till skillnad från ett snookerbord, finns det ingen friktion - så de saktar aldrig ner. Nästan alla rester som någonsin bildats finns fortfarande där ute och glider som spöken genom det interstellära rymden."

De invecklade modellerna de byggde – tillsammans med University of Sydneys forskningsstipendiat Dr. Sanjib Sharma och Dr. Ryosuke Hirai från Monash University – kodade var stjärnorna föddes, där de mötte sitt eldiga slut och deras slutliga spridning när galaxen utvecklades.

Det slutliga resultatet är en distributionskarta över Vintergatans stjärnnekropolis.

"Det var lite av en chock", sa Dr Sharma. "Jag arbetar varje dag med bilder av den synliga galaxen vi känner till idag, och jag förväntade mig att den galaktiska undervärlden skulle vara subtilt annorlunda, men lik i stora drag. Jag förväntade mig inte en så radikal förändring i form."

På de genererade kartorna försvinner Vintergatans karakteristiska spiralarmar i den "galaktiska undervärlden"-versionen. Dessa tvättas helt ut på grund av åldern på de flesta av resterna och de suddiga effekterna av de energiska sparkarna från supernovorna som skapade dem.

Ännu mer spännande visar den sidovy att den galaktiska underjorden är mycket mer "uppblåst" än Vintergatan – ett resultat av kinetisk energi som injiceras av supernovor som lyfter upp dem till en gloria runt den synliga Vintergatan.

"Det kanske mest överraskande fyndet från vår studie är att sparkarna är så starka att Vintergatan kommer att förlora några av dessa rester helt", säger Dr Hirai. "De sparkas så hårt att cirka 30 procent av neutronstjärnorna slungas ut i det intergalaktiska rymden, för att aldrig återvända."

Tuthill tillade att "för mig är en av de coolaste sakerna vi hittade i det här arbetet att till och med det lokala stjärnområdet runt vår sol sannolikt kommer ha dessa spöklika besökare att passera. Statistiskt sett borde vår närmaste kvarleva bara vara 65 ljusår bort:mer eller mindre i vår bakgård, i galaktiska termer."

"Den mest spännande delen av denna forskning ligger fortfarande framför oss," sa Sweeney. "Nu när vi vet var vi ska leta, utvecklar vi teknologier för att gå på jakt efter dem. Jag slår vad om att den 'galaktiska undervärlden' inte kommer att förbli höljd i mystik särskilt mycket längre." + Utforska vidare

Data från rymdteleskopet Gaia avslöjar galaxens ursprungliga kärna