Melkeveiens kirkegård med døde stjerner funnet

Det første kartet over den “galaktiske underverdenen” – et kart over likene av en gang så massive soler som siden har kollapset til sorte hull og nøytronstjerner – har avslørt en kirkegård som strekker seg tre ganger så høy som Melkeveien, og som nesten en tredjedel av objektene har blitt kastet ut fra galaksen helt.

“Disse kompakte restene av døde stjerner viser en fundamentalt annerledes distribusjon og struktur enn den synlige galaksen,” sa David Sweeney, en Ph.D. student ved Sydney Institute for Astronomy ved University of Sydney, og hovedforfatter av artikkelen i siste utgave av Månedlige meldinger fra Royal Astronomical Society.

“Høyden” til den galaktiske underverdenen er over tre ganger større i selve Melkeveien,” la han til. “Og utrolige 30 prosent av objektene har blitt fullstendig kastet ut fra galaksen.”

Nøytronstjerner og sorte hull dannes når massive stjerner—mer enn åtte ganger større enn solen vår — tømmer drivstoffet og kollapser plutselig. Dette utløser en løpsreaksjon som blåser de ytre delene av stjernen fra hverandre i en titanisk supernovaeksplosjon, mens kjernen fortsetter å komprimere seg selv inntil den – avhengig av startmassen – blir enten en nøytron stjerne eller et svart hull.

I nøytronstjerner er kjernen så tett at elektroner og protoner tvinges til å kombineres på subatomært nivå til nøytroner, og klemmer dens totale masse inn i en kule som er mindre enn en by. Hvis massen til den opprinnelige stjernen er større enn 25 ganger vår sols, fortsetter den gravitasjonsdrevne kollapsen, til kjernen er så tett at ikke engang lys kan slippe ut. Begge typer stjernelik forvrenger rom, tid og materie rundt seg.

Selv om milliarder må ha blitt dannet siden galaksen var ung, ble disse eksotiske kadaverne kastet ut i mørket i det interstellare rommet av supernovaen som skapte dem, og gled derfor utenfor syne og kunnskap for astronomer – inntil nå.

Ved å omhyggelig gjenskape hele livssyklusen til de gamle døde stjernene, har forskerne konstruert det første detaljerte kartet som viser hvor likene deres ligger.

“Et av problemene med å finne disse eldgamle gjenstandene er at vi til nå ikke hadde noen anelse om hvor vi skulle lete,” sa professor Peter Tuthill ved Sydney Institute for Astronomy, medforfatter på avisen. “De eldste nøytronstjernene og sorte hullene ble skapt da galaksen var yngre og formet annerledes, og deretter utsatt for komplekse endringer som spenner over milliarder av år. Det har vært en stor oppgave å modellere alt dette for å finne dem.”

Nydannede nøytronstjerner og sorte hull samsvarer med dagens galakse, så astronomer vet hvor de skal lete. Men de eldste nøytronstjernene og svarte hull er som spøkelser som fortsatt hjemsøker et hus som ble revet for lenge siden, så de er vanskeligere å finne.

«Det var som å prøve å finne den mytiske elefantens kirkegård», sa professor Tuthill, med henvisning til et sted hvor gamle elefanter ifølge legenden går for å dø alene, langt fra gruppen deres. “Beinene til disse sjeldne massive stjernene måtte være der ute, men de så ut til å være innhyllet i mystikk.”

Sweeney la til at “det vanskeligste problemet jeg måtte løse for å jakte på deres sanne distribusjon, var å gjøre rede for “sparkene” de mottar i de voldelige øyeblikkene av deres skapelse. Supernovaeksplosjoner er asymmetriske, og restene blir kastet ut i høy hastighet – opp til millioner av kilometer i timen – og enda verre, dette skjer i en ukjent og tilfeldig retning for hvert objekt.”

Men ingenting i universet sitter stille lenge, så selv å vite de sannsynlige størrelsene på de eksplosive sparkene var ikke nok: forskerne måtte dykke ned i dypet av kosmisk tid og rekonstruere hvordan de oppførte seg over milliarder av år.

“Det er litt som i snooker,” sa Sweeney. “Hvis du vet hvilken retning ballen blir truffet, og hvor hardt, så kan du finne ut hvor den vil ende opp. Men i verdensrommet er gjenstandene og hastighetene bare mye større. Dessuten er ikke bordet flatt, så stjernerestene gå på komplekse baner som går gjennom galaksen.”

“Til slutt, i motsetning til et snookerbord, er det ingen friksjon – så de bremser aldri ned. Nesten alle restene som noen gang er dannet, er fortsatt der ute og glir som spøkelser gjennom det interstellare rommet.”

De intrikate modellene de bygde – sammen med University of Sydney Research Fellow Dr. Sanjib Sharma og Dr. Ryosuke Hirai fra Monash University – kodet der stjernene ble født, hvor de møtte sin brennende ende og deres eventuelle spredning etter hvert som galaksen utviklet seg.

Det endelige resultatet er et distribusjonskart over Melkeveiens stjernenekropolis.

“Det var litt av et sjokk,” sa Dr. Sharma. “Jeg jobber hver dag med bilder av den synlige galaksen vi kjenner i dag, og jeg forventet at den galaktiske underverdenen ville være subtilt annerledes, men lik i store trekk. Jeg hadde ikke forventet en så radikal endring i form.”

På kartene som er generert, forsvinner de karakteristiske spiralarmene til Melkeveien i den ‘galaktiske underverden’-versjonen. Disse er fullstendig vasket ut på grunn av alderen til de fleste av restene, og de uskarpe effektene av de energiske sparkene fra supernovaene som skapte dem.

Enda mer spennende, sidevisningen viser at den galaktiske underverdenen er mye mer “oppblåst” enn Melkeveien – et resultat av kinetisk energi injisert av supernovaer som løfter dem til en glorie rundt den synlige Melkeveien.

“Det kanskje mest overraskende funnet fra vår studie er at sparkene er så sterke at Melkeveien vil miste noen av disse restene helt,” sa Dr. Hirai. “De blir sparket så hardt at rundt 30 prosent av de nøytronstjerner blir kastet ut i det intergalaktiske rommet, for aldri å komme tilbake.”

Tuthill la til at “for meg er en av de kuleste tingene vi fant i dette arbeidet at til og med det lokale stjerneområdet rundt solen sannsynligvis vil ha disse spøkelsesaktige besøkende innom. Statistisk sett burde vår nærmeste rest være bare 65 lysår unna: mer eller mindre i bakgården vår, i galaktiske termer.”

“Den mest spennende delen av denne forskningen ligger fortsatt foran oss,” sa Sweeney. “Nå som vi vet hvor vi skal lete, utvikler vi teknologier for å gå på jakt etter dem. Jeg satser på at den ‘galaktiske underverdenen’ ikke vil forbli innhyllet i mystikk særlig mye lenger.”

---

---