Selama dua tahun terakhir, para astronom telah menulis ulang sejarah galaksi kita
Simulasi digital tabrakan galaksi besar, mirip dengan Bima Sakti, dengan galaksi katai. Para astronom percaya itu terlibat setidaknya dalam satu tabrakan selama pembentukan Bima Sakti.
Perwakilan masyarakat Khoisan dari Afrika Hitam , mengamati strip berkelok-kelok bintang dan debu yang memisahkan langit malam, melihat bara api di dalamnya. Pelaut Polinesia melihat hiu di langit melahap awan. Orang Yunani kuno melihat aliran susu, dan menyebut jalur ini "susu" - galaxias - dari mana istilah " galaksi " kemudian berasal .
Pada abad ke-20, para astronom menemukan bahwa sungai keperakan kita hanyalah bagian dari pulau bintang yang sangat besar, setelah itu mereka menulis sejarah mereka sendiri tentang asal usul Galaksi [ketika menjadi jelas bahwa Bimasakti bukanlah satu-satunya galaksi, galaksi Kata "Galaxy" dengan huruf kapital ditinggalkan sebagai nama lain untuk Bima Sakti / kira-kira. per.]. Singkatnya, Bima Sakti diciptakan sekitar 14 miliar tahun yang lalu dengan bergabungnya awan besar gas dan debu di bawah pengaruh gravitasi. Seiring waktu, dua struktur karakteristik muncul - pertama sebuah "halo" bola besar, dan kemudian - sebuah piringan terang yang padat. Miliaran tahun berlalu, dan tata surya kita muncul di dalam piringan. Dan sekarang, melihat ke langit pada malam hari [di daerah dengan polusi cahaya yang relatif rendah / kira-kira. per.] kita melihat susu yang tumpah - atau cakram yang terbentang di langit dari sisi tulang rusuk.
Namun, selama dua tahun terakhir, para peneliti telah menulis ulang hampir semua bab utama dari sejarah galaksi. Apa yang terjadi? Mereka mendapatkan data dengan kualitas yang lebih baik.
Pada 25 April 2018, pesawat ruang angkasa Gaia Eropa merilis sejumlah besar informasi tentang langit. Yang terpenting, data yang dikumpulkan oleh perangkat selama tahun itu berisi penjelasan rinci tentang gerakan sekitar satu miliar bintang. Dalam studi sebelumnya, hanya beberapa ribu yang ditandai. Data ini menghidupkan kembali galaksi yang sebelumnya statis. "Gaia meluncurkan revolusi baru," kata Federico Sestito , astronom di Observatorium Astronomi Strasbourg di Prancis.
Para astronom bergegas mengunduh peta dinamis bintang-bintang, setelah itu seluruh air terjun penemuan muncul. Misalnya, telah ditemukan bahwa beberapa bagian dari cakram itu sangat tua. Bukti telah ditemukan untuk tabrakan epik yang membentuk pemuda panas Bimasakti, serta indikasi bahwa galaksi terus bercampur dengan cara yang tak terduga hingga hari ini.
Satelit Gaia merevolusi pemahaman tentang Bima Sakti sejak diluncurkan pada Desember 2013.
Semua hasil ini bersama-sama membentuk cerita baru tentang masa lalu yang bergolak dari Galaksi kita dan perkembangannya yang berkelanjutan di masa depan. “Pemahaman kita tentang Bima Sakti berubah sangat cepat,” kata Michael Petersen , astronom di Universitas Edinburgh. “Sekarang diyakini bahwa Bima Sakti bukanlah benda statis. Semuanya berubah dengan sangat cepat di seluruh cakupannya. "
Bintang paling awal
Untuk melihat sekilas hari-hari awal galaksi, para astronom mencari bintang-bintang yang ada pada masa itu. Mereka hanya terdiri dari hidrogen dan helium, bahan paling primordial di alam semesta. Untungnya, bintang terkecil dari generasi itu juga terbakar jauh lebih lambat daripada yang lain, sehingga banyak yang masih bersinar.
Setelah pengamatan selama beberapa dekade, para peneliti mengumpulkan katalog 42 bintang kuno yang dikenal sebagai bintang ultra-metal-poor (para astronom menyebut "logam" sebagai sesuatu yang lebih berat dari helium). Menurut sejarah standar perkembangan Bima Sakti, bintang-bintang ini harus berada di sekitar volume lingkaran cahaya - bagian dari galaksi yang muncul pertama kali. Dan piringan - yang, menurut perhitungan, membutuhkan waktu sekitar satu miliar tahun untuk berputar dan menjadi rata - harus diisi dengan bintang-bintang dengan elemen yang lebih berat, seperti karbon atau oksigen.
Pada akhir 2017, Sestito memutuskan untuk mempelajari pergerakan kawanan miskin logam ini, menulis program yang menganalisis hasil yang diperoleh dalam proyek Gaia. Mungkin lintasan mereka yang tergeletak di bola bisa menunjukkan sejarah halo.
Dia menarik informasi tentang lintasan 42 bintang kuno dari kumpulan data lengkap. Ternyata kebanyakan dari mereka, seperti yang diperkirakan, bergerak di dalam lingkaran cahaya. Namun, beberapa - sekitar 1 dari setiap 4 - bergerak secara berbeda. Mereka sepertinya terjebak di bidang piringan - bagian termuda dari Bima Sakti. "Apa-apaan ini," Sestito bertanya-tanya, meskipun pada saat itu dia menggunakan kata yang sedikit berbeda. - Apa yang sedang terjadi?"
Penelitian selanjutnya mengonfirmasi bahwa bintang-bintang ini telah lama berada di cakram dan bukan hanya turis yang melewatinya. Berdasarkan dua pengamatan baru-baru ini, Sestito dan rekannya telah mengumpulkan perpustakaan 5.000 bintang miskin logam. Beberapa lusin dari mereka ternyata merupakan penghuni permanen disk.... Kelompok ilmuwan lain menyisir 500 bintang lain yang ditemukan selama pengamatan lain, dan menemukan bahwa sepersepuluh dari mereka mengorbit pada bidang piringan. Kelompok ilmuwan ketiga mempelajari beberapa bintang dari logam yang berbeda (dan oleh karena itu, usia yang berbeda), yang mengorbit di dalam piringan datar. "Itu adalah sesuatu yang benar-benar baru," kata penulis utama Paola di Matteo, seorang astronom di Observatorium Paris.
Bagaimana anakronisme ini sampai di sana? Sestito berteori bahwa kelompok individu gas purba entah bagaimana berhasil menghindari semua logam yang diletuskan oleh supernova untuk waktu yang lama, setelah itu bintang-bintang tua yang menipu terbentuk dari gas ini. Atau cakram mulai terbentuk pada saat yang sama dengan halo - 1 miliar tahun lebih cepat dari jadwal.
Untuk mengetahui asumsi mana yang lebih mungkin, dia menghubungi Tobias Buck , seorang peneliti di Potsdam Astrophysical Institute di Jerman yang berspesialisasi dalam membuat simulasi digital galaksi. Di masa lalu, upaya seperti itu biasanya menghasilkan halo yang terbentuk terlebih dahulu dan disk selanjutnya, seperti yang diharapkan. Namun, upaya ini memiliki resolusi yang relatif rendah.
Dalam simulasi digital ini, galaksi yang mirip dengan Bima Sakti kita terbentuk dan berkembang selama 13,8 miliar tahun, dari awal alam semesta hingga saat ini. Kolom kiri menunjukkan distribusi materi gelap tak terlihat. Rata-rata, suhu gas (biru - daerah dingin, merah - panas). Di sebelah kanan adalah kepadatan bintang. Baris bertanggung jawab atas skala: baris atas adalah tampilan close-up dari piringan galaksi. Yang di tengah agak jauh, menghadap ke halo. Yang lebih rendah adalah pandangan jauh yang menunjukkan lingkungan galaksi.
Buck meningkatkan resolusi simulasi sekitar 10 kali lipat. Setiap pelaksanaan simulasi semacam itu membutuhkan sumber daya komputasi yang signifikan. Dan meskipun dia memiliki akses ke pusat superkomputer. Leibniz di Jerman, satu simulasi membutuhkan waktu komputasi sekitar tiga bulan. Dan dia mengulanginya enam kali.
Lima kali dari enam, ternyata itu kembaran Bima Sakti. Dalam dua simulasi ini, cakram berisi sejumlah besar bintang miskin logam.
Dari mana asalnya bintang-bintang kuno di dalam cakram? Dengan kata lain, mereka adalah imigran bintang. Beberapa dari mereka lahir di awan yang muncul sebelum Bima Sakti. Kemudian bintang-bintang dari awan ini berakhir dengan orbit sedemikian rupa sehingga di masa depan akan menjadi bagian dari piringan galaksi. Bintang lain berasal dari galaksi katai yang bertabrakan dengan Bima Sakti dan memasuki bidang piringan pembentuk.
Hasil dipublikasikanPeneliti pada November 2020 menunjukkan bahwa model klasik pembentukan galaksi tidak lengkap. Awan gas benar-benar runtuh menjadi lingkaran cahaya bulat. Tetapi bintang yang tiba pada sudut yang sesuai dapat memicu pembentukan cakram pada saat yang bersamaan. "Para ahli teori tidak salah," kata Buck. "Mereka baru saja melewatkan sebagian dari gambaran besarnya."
Pemuda badai
Kesulitan tidak berakhir di situ. Gaia membantu mengungkap bukti langsung bentrokan dahsyat. Para astronom telah berasumsi bahwa Bima Sakti memiliki kehidupan yang aktif, tetapi Helmer Koppelman , yang bekerja di Princeton Institute for Advanced Research, menggunakan data dari Gaia, dapat menemukan sisa-sisa spesifik dari salah satu penggabungan terbesar.
Koppelman ingat bahwa data Gaia dipublikasikan pada April 2018 pada hari Rabu, dan karena hiruk pikuk unduhan file, situs web proyek tersebut secara praktis berhenti. Pada hari Kamis dia memproses datanya, dan pada hari Jumat dia tahu bahwa dia telah menemukan sesuatu yang besar. Di segala penjuru, ada sejumlah besar bintang yang memantul ke sana kemari di pusat Bima Sakti dengan cara yang sama dan aneh. Ini adalah bukti bahwa mereka muncul di galaksi katai. Pada hari Minggu, Koppelman dan timnya telah menyiapkan makalah ilmiah singkat , dan analisis yang lebih rinci siap pada bulan Juni.
Puing dari galaksi yang bertabrakan dapat ditemukan di mana saja. Hingga setengah dari bintang-bintang di lingkaran dalam dengan diameter 60.000 tahun cahaya (halo itu sendiri memiliki radius ratusan ribu tahun cahaya) dapat muncul sebagai akibat dari tabrakan yang satu ini. Itu bisa meningkatkan massa total Bima Sakti sebesar 10%. "Ini mengubah segalanya," kata Koppelman. "Saya berharap akan ada banyak benda kecil yang berbeda."
Simulasi menunjukkan pembentukan dan perkembangan galaksi seperti Bima Sakti selama 10 miliar tahun. Banyak galaksi kerdil yang kecil jatuh ke cakram utama, dan sering kali menjadi bagian darinya.
Kelompok itu menamai galaksi yang bertabrakan dengan galaksi kita, Gaia Enceladus, diambil dari nama dewi Yunani Gaia dan putranya oleh Titan, Enceladus. Tim lain secara independen menemukan galaksi yang sama sekitar waktu yang sama, dan menamakannya "Sosis" sesuai bentuknya pada beberapa peta orbit.
Setelah tabrakan Bimasakti dan Gaia-Enceladus, yang mungkin terjadi sekitar 10 miliar tahun lalu, kerusakan besar telah menyebar ke seluruh cakram Bimasakti yang rapuh. Para astronom berdebat tentang mengapa cakram galaksi kita seolah-olah terdiri dari dua - cakram tipis dan cakram lebih tebal, di mana bintang-bintang yang berputar mengelilingi pusat galaksi melompat-lompat. Hari ini , penelitian di Matteo menunjukkan bahwa Gaia Enceladus hanya merobek sebagian besar cakram, membuatnya lebih tebal selama tumbukan. "Piringan kuno pertama terbentuk cukup cepat, dan kemudian, seperti yang kami yakini, Gaia-Enceladus menghancurkannya begitu saja," kata Koppelman.
Dalam gugus bintang bola, petunjuk penggabungan lainnya juga dapat ditemukan. Diederik Kruissen , astronom dari Universitas Heidelberg di Jerman, menggunakan simulasi galaksi untuk melatih jaringan saraf yang menjelajahi gugus bola dengan cermat. Dia meluncurkan jaringan untuk mempelajari usia, komposisi, dan orbit cluster. Berdasarkan data yang diperoleh, jaringan saraf mampu menciptakan kembali tabrakan yang membentuk galaksi. Dan kemudian dia menerapkan informasi ini ke data nyata dari Bima Sakti. Program tersebut merekonstruksi peristiwa terkenal, seperti tabrakan dengan Gaia-Enceladus, dan pertemuan yang lebih tua dan lebih signifikan, yang oleh sekelompok ilmuwan disebut Kraken.
Pada bulan Agustus, grup Kruissen menerbitkan daftar mergerBima Sakti dan galaksi katai yang membentuknya. Ilmuwan juga memperkirakan 10 tabrakan lagi yang terjadi di masa lalu, yang mereka harapkan didapat dari pengamat independen. “Kami belum menemukan sepuluh tabrakan ini,” kata Cruissen, “tapi kami akan.”
Semua merger ini telah menyebabkan beberapa astronom untuk percaya bahwa halo mungkin hampir seluruhnya terdiri dari bintang imigran. Model dari tahun 60-an dan 70-an meramalkan bahwa sebagian besar bintang di Bima Sakti akan terbentuk di tempatnya. Namun seiring berjalannya waktu, semakin banyak bintang yang berubah menjadi alien. Mungkin, para astronom tidak perlu lagi berasumsi bahwa banyak, atau bahkan semua bintang yang lahir di tempat, kata di Matteo.
Galaksi yang tumbuh dengan tenang
Sejarah Bima Sakti akhir-akhir ini agak sepi, tetapi pendatang baru terus berjuang untuk itu. Para pecinta astronomi dari belahan bumi selatan dapat melihat sepasang galaksi kerdil, Awan Magellan Besar dan Kecil, dengan mata telanjang . Para astronom telah lama mempertimbangkan dua satelit setia Galaksi kita ini, seperti satelit-satelit Bima Sakti.
Tapi kemudian beberapa pengamatan teleskop Hubble, yang dilakukan antara tahun 2006 dan 2013, menunjukkan bahwa mereka lebih mirip meteorit yang terbang ke arah kita. Nitya Kallivayalil , seorang astronom di Universitas Virginia, menghitung bahwa mereka langsung menuju kita dengan kecepatan sekitar 300 km / detik - hampir dua kali lebih cepat dari perkiraan sebelumnya.
Munculnya Awan Magellan Besar dan Kecil di atas Gunung Bromo, gunung berapi aktif di Taman Nasional Pulau Jawa di Indonesia,
Saat tim yang dipimpin Astronom Jorge Penarrubia , astronom di Royal Edinburgh Observatory, mengolah datanya beberapa tahun kemudian, mereka menyimpulkan bahwa kecepatan awan ini pasti sangat masif - mungkin 10 kali lebih keras dari yang diperkirakan sebelumnya.
“Kejutan demi kejutan,” kata Peñarrubia.
Berbagai kelompok telah meramalkan bahwa katai berat yang tak terduga dapat membawa-bawa di sekitar bagian Bima Sakti, dan tahun ini Peñarrubia bekerja sama dengan Petersen untuk menemukan buktinya.
Masalah dalam mempelajari gerakan galaksi adalah bahwa Bima Sakti adalah badai salju yang dahsyat, dan para astronom mencoba melihat keluar dari salah satu kepingan salju. Oleh karena itu, Peñarrubia dan Petersen bekerja untuk sebagian besar karantina cara menetralkan pergerakan Bumi dan Matahari, serta rata-rata gerakan halo bintang sehingga batas luarnya dapat berfungsi sebagai latar belakang diam.
Setelah mengkalibrasi data dengan cara ini, mereka menemukan bahwa Bumi, Matahari, dan sisa cakram tempat mereka berada semuanya miring ke arah yang sama. Tetapi mereka tidak pindah ke lokasi saat ini dari Awan Magellan Besar, tetapi ke tempat di mana itu semiliar tahun yang lalu (Petersen menjelaskan bahwa Galaksi adalah binatang yang canggung dengan refleks yang lambat). Mereka baru-baru ini merincipenemuan mereka di jurnal Nature Astronomy.
Gerakan piringan relatif terhadap halo menghancurkan asumsi mendasar bahwa ada keseimbangan di Bima Sakti. Ia dapat berputar dan meluncur di angkasa, tetapi kebanyakan astronom berasumsi bahwa setelah milyaran tahun, piringan dan halo dewasa telah membentuk konfigurasi yang stabil.
Analisis Peñarrubia dan Petersen membuktikan bahwa asumsi ini salah. Bahkan setelah 14 miliar tahun, penggabungan terus membentuk bentuk galaksi secara keseluruhan. Ini adalah perubahan terbaru dalam pemahaman kita tentang proses yang terjadi di aliran susu raksasa yang menggantung di langit kita.
“Sekarang kami membutuhkan model baru untuk mendeskripsikan masa depan dan sejarah Bima Sakti, yang menurut kami sudah diketahui,” kata Petersen.