Klasisks Piena Ceļa attēls kā galaktika mierīgs un kārtīgsGalaktika ar tās precīzi definētajiem spirālveida atzariem un šķietami vienmērīgo disku nav spējusi sasniegt vēlamo. Kad astronomi ir detalizēti izpētījuši Saules tuvumā esošo zvaigžņu sastāvu, viņi ir atklājuši, ka mūsu galaktikā ir daudz vairāk. ķīmiska divējāda personība kas gadiem ilgi ir bijusi īsta mīkla.
Šī "dubultā dzīve" ir pazīstama kā ķīmiskā bimodalitāteSaules apkārtnē nav vienas nepārtrauktas zvaigžņu populācijas, bet gan divas lielas grupas ar dažādu elementu maisījumiem. Viena grupa ir bagātāka ar magniju un nabadzīgāka ar dzelzi, bet otra uzrāda pretēju tendenci. Nesen veikts pētījums, kurā aktīva Barselonas Universitātes Kosmosa zinātņu institūta (ICCUB) līdzdalība Un tādi Eiropas centri kā Francijas CNRS vai Maksa Planka astrofizikas institūts pārraksta Piena Ceļa ķīmisko vēsturi un parāda, ka tā evolūcija nav universāls modelis.
Kas ir ķīmiskā bimodalitāte Piena Ceļā?
Kad diagrammā tiek attēlots dzelzs (Fe) un magnija (Mg) relatīvais daudzums tūkstošos Saules apkārtnes zvaigžņu, dati nav vienmērīgi izkliedēti, bet gan sakārtoti šādi: divas atšķirīgas secībasCitiem vārdiem sakot, parādās divas ķīmiskās “ģimenes”, kas, lai gan pārklājas kopējā metāliskuma ziņā — kopējā elementu, kas ir smagāki par ūdeņradi un hēliju, proporcijā —, šajos grafikos uzrāda atsevišķas trajektorijas.
Šis rezultāts, kas atkal un atkal atkārtots dažādās analīzēs, ir bijis viens no visvairāk apspriestajiem mīklām. Piena Ceļa ķīmiskā vēstureTas piesaistīja vēl lielāku uzmanību, jo Tas nav konstatēts ar tādu pašu skaidrību tuvējās galaktikas kā Andromeda, lielākā spirālveida galaktika, kas atrodas mums vistuvāk. Tas cilvēkiem ilgu laiku lika ticēt, ka Piena Ceļā ir noticis kaut kas ārkārtējs.
Starp visizplatītākajām hipotēzēm bija ideja par seno sadursmi ar pundurgalaktiku, kas pazīstama kā Gaia-Sausage-Enceladus (GSE)kas būtu atstājis specifisku ķīmisku signatūru. Tomēr jaunais pētījums liecina, ka šī apvienošanās varētu būt ietekmējusi mūsu galaktiku, bet Tas nav neaizstājams lai ģenerētu novēroto ķīmisko bimodalitāti.
Pētnieki uzsver, ka šo divu secību precīza forma ir cieši saistīta ar zvaigžņu veidošanās vēsture no pašas galaktikas: kad dzimst zvaigznes, kādā ātrumā un kāda veida gāze veicina šos notikumus. Katrs no šiem mainīgajiem atstāj ķīmisku pēdu, ko mēs tagad varam nolasīt diska zvaigznēs.
Auriga simulācijas: galaktikas ķīmiskās vēstures atjaunošana
Lai atšifrētu šīs dubultās struktūras izcelsmi, Barselonā un Parīzē koordinētā komanda ir izmantojusi progresīvas kosmoloģiskās simulācijas, kas pazīstamas kā Auriga simulācijasTie ir skaitliski modeļi, kas virtuālā Visumā atveido [daļu] veidošanos un evolūciju. galaktikas, kas līdzīgas Piena Ceļam no agrākajiem kosmiskajiem laikiem līdz mūsdienām.
Pētījumā tika analizēts aptuveni trīsdesmit simulētas galaktikas ar masām un struktūrām, kas ir līdzīgas mūsējām. Mērķis bija šajā paraugā atrast procesus, kas izraisīja dubultas ķīmiskas secības, līdzīgas tām, kas novērotas Saules vidē. Salīdzinot dažādus gadījumus, pētnieki varēja pārbaudīt plašu evolūcijas scenāriju klāstu.
Pārsteidzoši ir tas, ka vairākas no šīm virtuālajām galaktikām attīstījās pašas no sevis. Divas labi nodalītas ķīmijas nozares bez nepieciešamības ieviest lielu GSE tipa sadursmi. Dažos gadījumos bimodalitāte parādījās pēc intensīvi zvaigžņu veidošanās uzliesmojumi kam sekoja daudz maigāki periodi; citos gadījumos galvenais bija veids, kā apkārtējā gāze laika gaitā iekļuva galaktikā.
Darba vadošais autors, pētnieks Metjū Orknijs (ICCUB un Institut d'Estudis Espacials de Catalunya, IEEC) apkopo šo ideju ar frāzi, kas pārkāpj tradicionālo uzskatu: Piena Ceļa ķīmiskā struktūra nav universāla plakneCitiem vārdiem sakot, mēs nevaram pieņemt, ka visām spirālveida galaktikām ir jāievēro viens un tas pats scenārijs, lai iegūtu līdzīgu rezultātu.
Šis secinājums liek mums pārdomāt, kā Piena Ceļš tiek izmantots kā atskaites punkts. Līdz šim daudzas galaktikas evolūcijas teorijas pieņēma, ka mūsu galaktika ir labs "standarta modelis". Jaunais darbs, ko apstiprina šīs Auriga simulācijas, liecina, ka Piena Ceļš patiesībā varētu būt... viens gadījums starp daudzām iespējām, vēl viens daudz plašākā evolūcijas ceļu klāstā.
Apļveida galaktikas gāze: vides loma zvaigžņu ķīmijā
Viens no pētījuma skaidrākajiem rezultātiem ir tā nozīme, Apļveida galaktikas vide (CGM)Karstas, niecīgas gāzes reģions, kas ieskauj galaktikas. Lai gan to ir grūti novērot tieši, šī gāze darbojas kā gigantisks rezervuārs, kas baro galaktiku miljardu gadu laikā.
Simulācijas rāda, ka nepārtraukta metālu nabadzīgas gāzes ieplūde CGM gāzes daudzums var būt pietiekams, lai aizdedzinātu otru zvaigžņu secību ar sastāvu, kas atšķiras no iepriekšējo paaudžu sastāva. Kad šī relatīvi "neskartā" gāze sajaucas ar jau bagātināto diska materiālu, jaunās zvaigznes dzimst ar atšķirīgām dzelzs un magnija proporcijām, tādējādi radot ķīmisko bimodalitāti.
Šajā kontekstā pētnieki apgalvo, ka datu izskaidrošanai nav nepieciešams izmantot vienu lielu apvienošanos. Šķiet, ka izšķiroši ir tas, ka Kā tiek regulēta gāzes ieplūde? No vides: kad tas notiek, ar kādu intensitāti un kāds ir šī materiāla sastāvs. Izmaiņas šajās plūsmās pašas par sevi var radīt divas lielas ķīmiskas zvaigžņu grupas vienā galaktikā.
Vēl viens aspekts, ko darbs izceļ, ir ciešā saikne starp šīm sekvencēm un zvaigžņu veidošanās hronoloģijaGalaktikās, kurās agrīnajās stadijās ir ļoti intensīvas zvaigžņu veidošanās epizodes, pirmā ķīmiskā saime ir spēcīgāka; tajās, kurās svaigas gāzes pieplūdums ir ilgstošs, otrā saime iegūst nozīmi. Katra līkne ķīmiskajā diagrammā būtībā ir norāde uz ritmu, kādā galaktika ir pulsējusi.
Šī smalkākā zvaigžņu ķīmijas interpretācija paver durvis uz dzelzs, magnija un citu elementu pārpilnības izmantošanu kā sava veida "Fosiliju arhīvs" galaktikas vēstures. Tā vietā, lai vienkārši skaitītu zvaigznes, astronomi var rekonstruēt galaktikas mainīšanos, izmantojot ķīmisko signatūru, ko šīs zvaigznes ir saglabājušas kopš to dzimšanas.
Eiropas stila izmeklēšana ar Spānijas vadību
Darbu vada komandas no Barselonas Universitātes Kosmosa zinātņu institūts (ICCUB) un Katalonijas Kosmosa pētījumu institūts (IEEC), ciešā sadarbībā ar National de la Recherche Scientifique centrs (CNRS) no Francijas. Tie ir papildus ieguldījumiem no Liverpūles Džona Maura universitāte (Apvienotā Karaliste) un Maksa Planka Astrofizikas institūts (Vācija), veidojot Eiropas konsorciju ar nozīmīgu klātbūtni mūsdienu galaktikas astrofizikā.
No Spānijas ICCUB un IEEC jau gadiem ilgi piedalās vadošajos projektos, kas saistīti ar struktūru un Piena Ceļa ķīmijaŠis pētījums, kas publicēts starptautiskajā žurnālā, balstījās gan uz lielām novērojumu datubāzēm, gan augstas izšķirtspējas skaitliskām simulācijām. Karaliskās astronomiskās biedrības ikmēneša paziņojumiTas atbilst šim apgalvojumam un pastiprina Spānijas pētījumu klātbūtni Eiropas astronomiskajā ainavā.
Līdzautors Červins Laports, kas saistīta ar ICCUB-IEEC, Parīzes observatoriju (CNRS) un Kavli IPMU institūtu, uzsver, ka rezultāti liecina par ļoti daudzveidīgs scenārijsArī citām galaktikām vajadzētu parādīt plašu ķīmisko secību klāstu, nevis kopēt punkts pa punktam to, ko mēs redzam Piena Ceļā.
Laporte uzskata, ka šāda veida simulācijas ļauj mums paredzēt, kuras ķīmiskās pazīmes jāmeklē ārējās galaktikās, kad Jaunās paaudzes 30 metru teleskopiŠie instrumenti, kas pašlaik tiek izstrādāti Eiropā un citur, padarīs citu galaktiku zvaigžņu sastāva detalizētu analīzi vairs ne tikai par izņēmumu, bet gan par ikdienas uzdevumu.
Eiropas zinātnieku aprindām šāda veida darbs ir arī veids, kā maksimāli izmantot ieguldījumus. superdatoru infrastruktūras un lieli sadarbības projekti, kuros Spānijai un citiem kopienas partneriem ir arvien svarīgāka loma tuvējās Visuma ķīmiskās vēstures izpētē.
Teleskopi un misijas, kas pārbaudīs šo jauno redzējumu
Pētījuma rezultāti nepaliks tikai teorētiski. Pētnieki ir pārliecināti, ka turpmākajos gados kosmisko teleskopu un lielu uz zemes bāzētu observatoriju kombinācija ļaus... pārbaudiet ķīmisko modeļu daudzveidību Auriga simulācijas paredz, ka tas ir novērojams arī reālās galaktikās.
Starp galvenajiem instrumentiem ir Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST)Tas spēj analizēt gaismu no zvaigznēm un kopām Piena Ceļā un citās Lokālās grupas galaktikās ar nepieredzētu detalizāciju. Tā jutība infrasarkanajā diapazonā ļauj izmērīt smalku ķīmisko vielu daudzumu pat ļoti putekļainos galaktikas diska apgabalos.
Paralēli tam Eiropas misijas, piemēram, PLATO un ierosinātie projekti, piemēram, Chronos Tie ir paredzēti, lai ar lielu precizitāti pētītu zvaigžņu iekšējās īpašības —piemēram, ar asteroseismoloģijas palīdzību — un to sastāvu. Tas palīdzēs labāk datēt dažādas zvaigžņu populācijas un saistīt to vecumu ar ķīmisko secību, kurai tās pieder.
Šos kosmosa resursus papildina nākotnes resursi teleskopi trīsdesmit metru diametrā Uz Zemes tie ir aprīkoti ar spektrogrāfiem, kas var sadalīt gaismu no atsevišķām zvaigznēm ārējās galaktikās. Pateicoties tiem, būs iespējams uzzīmēt Fe-Mg diagrammas citās spirālveida galaktikās un redzēt, vai, kā liecina simulācijas, tām arī piemīt bimodalitāte un vairākas secības.
Ja novērojumi apstiprina plašs ķīmisko stāstu klāsts Pateicoties modeļiem, astronomiem būs daudz stabilāks pamats Piena Ceļa salīdzināšanai ar citām galaktikām. Un, to darot, viņi varēs precizēt mūsu galaktikas "evolūcijas ceļa" rekonstrukciju no pirmajām zvaigznēm līdz pašreizējai sarežģītajai struktūrai.
Jaunais tēls, kas rodas no šī darba, ir Visums, kurā Galaktikām nav vienas kopīgas lietošanas instrukcijasTā vietā viņi iet pa dažādiem ceļiem, lai nonāktu pie šķietami līdzīgiem rezultātiem. Piena Ceļš, tālu no obligāta modeļa, atklājas kā īpašs gadījums, kura ķīmisko vēsturi var izprast tikai tad, ja tiek ņemta vērā apkārtgalaktikas gāzes loma, zvaigžņu veidošanās ātrumi un simulāciju, kosmosa teleskopu un lielāko Eiropas observatoriju apvienotais skatījums.
