אדריכלים עתיקים של שביל החלב: גילוי שאקטי ושיבה

אסטרונומים זיהו מה שיכול להיות שניים מהם שביל החלבאבני הבניין המוקדמות ביותר של: המכונים "שאקטי" ו"שיווה", נראה כי אלו הם שרידים של שתי גלקסיות שהתמזגו לפני 12 ל-13 מיליארד שנים עם גרסה מוקדמת של שביל החלב, ותרמו לצמיחתה הראשונית של הגלקסיה הביתית שלנו. הממצא החדש הוא המקבילה האסטרונומית של ארכיאולוגים המזהים עקבות של יישוב ראשוני שצמח לעיר גדולה של ימינו. זה דרש שילוב של נתונים של כמעט 6 מיליון כוכבים ממשימת Gaia של ESA עם מדידות מסקר SDSS. התוצאות פורסמו ב- כתב עת אסטרופיזי.

ההיסטוריה המוקדמת של הגלקסיה הביתית שלנו, שביל החלב, היא של הצטרפות לגלקסיות קטנות יותר, מה שמייצר אבני בניין גדולות למדי. כעת, Khyati Malhan והנס-וולטר ריקס ממכון מקס פלנק לאסטרונומיה הצליחו לזהות מה שיכולים להיות שניים מאבני הבניין המוקדמות ביותר שעדיין ניתן לזהות ככאלה כיום: שברים פרוטו-גלקטיים שהתמזגו עם גרסה מוקדמת של שלנו. שביל החלב לפני בין 12 ל-13 מיליארד שנים, ממש בתחילת עידן היווצרות הגלקסיות ביקום.

הרכיבים, שהאסטרונומים כינו שאקטי ושיווה, זוהו על ידי שילוב נתונים מלוויין האסטרומטריה Gaia של ESA עם נתונים מסקר SDSS. עבור אסטרונומים, התוצאה היא המקבילה למציאת עקבות של יישוב ראשוני שצמח לעיר גדולה של ימינו.

מעקב אחר מקורותיהם של כוכבים שהגיעו מגלקסיות אחרות

כאשר גלקסיות מתנגשות ומתמזגות, מתרחשים מספר תהליכים במקביל. כל גלקסיה נושאת לאורך מאגר גז מימן משלה. בהתנגשות, ענני גז המימן מתערערים, וכוכבים חדשים רבים נוצרים בפנים. כמובן שגם לגלקסיות הנכנסות יש כבר כוכבים משלהן, ובמיזוג כוכבים מהגלקסיות יתערבבו. בטווח הארוך, "כוכבים שהצטברו" כאלה יהוו גם חלק מאוכלוסיית הכוכבים של הגלקסיה המשולבת שזה עתה נוצרה. לאחר השלמת המיזוג, זה אולי נראה חסר סיכוי לזהות אילו כוכבים הגיעו מאיזו גלקסיה קודמת. אבל למעשה, קיימות לפחות כמה דרכים להתחקות אחר מוצא כוכבים.

העזרה מגיעה מפיזיקה בסיסית. כאשר גלקסיות מתנגשות ואוכלוסיות הכוכבים שלהן מתערבבות, רוב הכוכבים שומרים על תכונות בסיסיות מאוד, הקשורות ישירות למהירות ולכיוון של הגלקסיה שבה הם נוצרו. כוכבים מאותה גלקסיה לפני המיזוג חולקים ערכים דומים הן עבור האנרגיה שלהם והן עבור מה שהפיזיקאים מכנים תנע זוויתי – המומנטום הקשור לתנועה או סיבוב במסלול. עבור כוכבים הנעים בשדה הכבידה של גלקסיה, הן האנרגיה והן התנע הזוויתי נשמרים: הם נשארים זהים לאורך זמן. חפשו קבוצות גדולות של כוכבים עם ערכים דומים ויוצאי דופן עבור אנרגיה ומומנטום זוויתי – ורוב הסיכויים שתמצאו שארית מיזוג.

מצביעים נוספים יכולים לסייע בזיהוי. כוכבים שנוצרו לאחרונה מכילים יותר יסודות כבדים יותר, מה שאסטרונומים מכנים "מתכות", מאשר כוכבים שנוצרו לפני זמן רב. ככל שתכולת המתכת ("מתכתיות") נמוכה יותר, ככל הנראה הכוכב נוצר מוקדם יותר. כשמנסים לזהות כוכבים שכבר היו קיימים לפני 13 מיליארד שנה, צריך לחפש כוכבים עם תכולת מתכת נמוכה מאוד ("עניי מתכת").

חפירות וירטואליות במערך נתונים גדול

זיהוי הכוכבים שהצטרפו לשביל החלב שלנו כחלקים מגלקסיה אחרת הפך אפשרי רק לאחרונה. זה דורש מערכי נתונים גדולים ואיכותיים, והניתוח כולל סינון הנתונים בדרכים חכמות כדי לזהות את מחלקת האובייקטים המבוקשת. מערך נתונים מסוג זה זמין רק כמה שנים. לוויין האסטרומטריה של ESA Gaia מספק מערך נתונים אידיאלי עבור סוג זה של ארכיאולוגיה גלקטית ביג דאטה. הוא הושק ב-2013, ויצר מערך נתונים מדויק יותר ויותר בעשור האחרון, שכולל עד כה מיקומים, שינויים במיקום ומרחקים של כמעט 1.5 מיליארד כוכבים בגלקסיה שלנו.

נתוני גאיה חוללו מהפכה במחקרים על הדינמיקה של כוכבים בגלקסיה הביתית שלנו, וכבר הובילו לגילוי של תשתיות לא ידועות עד כה. זה כולל את מה שמכונה זרם גאיה אנקלדוס/נקניק, שריד למיזוג הגדול האחרון שעברה הגלקסיה הביתית שלנו, לפני בין 8 ל-11 מיליארד שנים. הוא כולל גם שני מבנים שזוהו בשנת 2022: זרם פונטוס שזוהה על ידי מלחאן ועמיתיו ו"הלב הזקן המסכן" של שביל החלב שזוהה על ידי ריקס ועמיתיו. האחרון הוא אוכלוסייה של כוכבים שנוצרו לאחרונה במהלך המיזוגים הראשוניים שיצרו את פרוטו-שביל החלב, וממשיכים להתגורר באזור המרכזי של הגלקסיה שלנו.

עקבות של שאקטי ושיבה

לחיפוש הנוכחי שלהם, Malhan ו-Rix השתמשו בנתוני Gaia בשילוב עם ספקטרום כוכבי מפורט מסקר Sloan Digital Sky Sky (DR17). האחרונים מספקים מידע מפורט על ההרכב הכימי של הכוכבים. מלחאן אומר: "ראינו שבטווח מסוים של כוכבים עניים במתכות, כוכבים צפופים סביב שני שילובים ספציפיים של אנרגיה ותנע זוויתי".

בניגוד ל"לב הזקן המסכן", שנראה גם בעלילות אלה, לשתי הקבוצות של כוכבים בעלי דעות דומות הייתה תנע זוויתי גדול יחסית, התואם לקבוצות של כוכבים שהיו חלק מגלקסיות נפרדות שהתמזגו עם החלב. דֶרֶך. מלחאן כינה את שני המבנים הללו שאקטי ושיווה, האחרון אחד מהאלוהויות העיקריות של ההינדואיזם והראשון כוח קוסמי נשי המתואר לעתים קרובות כבת זוגו של שיווה.

ערכי האנרגיה והתנופה הזוויתית שלהם, בתוספת המתכתיות הנמוכה הכוללת שלהם בדומה לזו של "הלב הזקן המסכן", הופכים את שאקטי ושיווה למועמדים טובים לכמה מהאבות הקדומים ביותר של שביל החלב שלנו. ריקס אומר: "שאקטי ושיווה עשויות להיות שתי התוספות הראשונות ל'לב הישן והמסכן' של שביל החלב שלנו, שמתחילות את צמיחתו לעבר גלקסיה גדולה."

מספר סקרים שכבר נמשכים או שצפויים להתחיל במהלך השנים הקרובות מבטיחים נתונים נוספים רלוונטיים, הן ספקטרה (SDSS-V, 4MOST) והן מרחקים מדויקים (LSST/Rubin Observatory), אמורים לאפשר לאסטרונומים לקבל החלטה נחרצת לגבי אם שאקטי ושיווה הם אכן הצצה לפרהיסטוריה המוקדמת ביותר של הגלקסיה הביתית שלנו.