Kozmikus kannibalizmus: A Tejútrendszer felfalta a Loki galaxist, és a tudósok most találták meg a maradványait

A végtelennek tűnő kozmikus sötétségben a galaxisok világa csendesnek és mozdulatlannak tűnhet a földi megfigyelő számára. A valóságban azon...

A végtelennek tűnő kozmikus sötétségben a galaxisok világa csendesnek és mozdulatlannak tűnhet a földi megfigyelő számára. A valóságban azonban az univerzum története egy monumentális, milliárd évekig tartó túlélési dráma, ahol a nagyobb csillagvárosok könyörtelenül bekebelezik kisebb szomszédaikat.

Saját otthonunk, a Tejútrendszer sem kivétel ez alól a kozmikus törvényszerűség alól: jelenlegi monumentális méretét és lenyűgöző spirálkarjait részben annak köszönheti, hogy a múltban számos kisebb törpegalaxist szippantott magába. Csillagászok egy nemzetközi csoportja nemrégiben olyan ősi csillagok csoportjára bukkant, amelyek minden bizonnyal egy ilyen régen letűnt, elnyelt galaxis maradványai.

A kutatók a skandináv mitológia csalfa istene nyomán Loki-nak nevezték el az egykori áldozatot, amelynek "csontjai" több mint 10 milliárd éve keringenek a galaktikus korongunkban, várva, hogy valaki megfejtse a titkukat.

Ahhoz, hogy megértsük a felfedezés jelentőségét, érdemes visszautaznunk az időben, egészen a kezdetekig. A fenséges, hatalmas galaxisok ugyanis nem készen születtek. A korai univerzumban, nem sokkal az Ősrobbanás után, az anyag hatalmas gázfelhőkbe tömörült, amelyek aztán összeomlottak, létrehozva az első, primitív kisméretű galaxisokat.

Ezek az ősi rendszerek az idők során a gravitáció hatására egymás felé zuhantak, összeütköztek, és fokozatosan összeolvadtak azokká a gigantikus struktúrákká, amelyeket ma a teleszkópjainkkal látunk. Az evolúció ezen formája azt jelenti, hogy a Tejútrendszer belső szerkezete valójában egy gigantikus régészeti lelőhely, ahol a különböző rétegek és csillagcsoportok a múlt galaktikus fúzióinak emlékeit őrzik.

A Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című szakfolyóiratban megjelent új tanulmányban a kutatók húsz olyan rendkívül idős és fémszegény csillagot azonosítottak, amelyek szokatlanul közel keringenek a galaktikus koronghoz. A galaktikus korong a Tejútrendszernek az a lapos, forgó régiója, ahol a legtöbb csillag – köztük a mi Napunk is – található. A csillagászok arra keresték a választ, hogy egy egykori, ősi galaxisösszeolvadás megmagyarázhatja-e ezen égitestek különös elhelyezkedését és viselkedését. (1)

A kutatás kulcsa a csillagok kémiai összetételében, pontosabban azok "kémiai időbélyegzőjében" rejlik. Az univerzumban legelőször kialakult csillagok szinte kizárólag hidrogénből és héliumból álltak. A csillagászatban fémeknek neveznek minden olyan elemet, amely nehezebb a héliumnál. Ezek a nehezebb elemek kizárólag az első generációs csillagok belsejében, a magfúzió során jöhettek létre.

Amikor ezek az ősi óriások életük végén szupernóvaként felrobbantak, a környező gázfelhőket teleszórták ezekkel a frissen legyártott fémekkel. Ennek következtében a csillagok minden következő generációja már egy kicsit fémekben gazdagabb anyagból született, mint az előző. A Napunk például egy viszonylag fiatal, fémekben gazdag csillag. Ezzel szemben a nagyon alacsony fémtartalmú, vagyis fémszegény csillagok az univerzum hajnaláról származó, matuzsálemi korú időkapszulák.

Amikor a korai törpegalaxisok összeütköztek a fejlődésben lévő Tejútrendszerrel, a csillagaik, a gázaik és a sötét anyaguk mind a növekvő galaxis részévé váltak. A számítógépes szimulációk azt sugallják, hogy a legkorábbi fúziókból származó csillagoknak ma a Tejútrendszer legbelső, mélyebb régióiban kellene elhelyezkedniük. A később becsapódó galaxisok törmelékei viszont nagyobb valószínűséggel szóródtak szét a galaktikus halóban – abban a hatalmas, gömb alakú térségben, amely messze túlnyúlik a fényes csillagkorongon.

Ennek az elméletnek az ellenőrzése azonban mindeddig komoly nehézségekbe ütközött, mivel a Tejútrendszer belső, sűrű régióiban rendkívül ritkán találtak nagyon fémszegény csillagokat. Amikor tehát a Federico Sestito, a brit Hertfordshire-i Egyetem asztrofizikusa által vezetett kutatócsoport rábukkant erre a húsz, korong közelében keringő égitestre, azonnal felmerült a gyanú, hogy egy ősi kozmikus karambol túlélőit látják.

A csillagok azonosítása egy valóságos kozmikus bújócska volt. A csapat először egy már meglévő, fémszegény csillagokat tartalmazó katalógusból választotta ki a célpontokat. Ezután mindegyiket górcső alá vették a Kanada-Franciaország-Hawaii Teleszkóp nagyteljesítményű spektrográfjával, amely feltárta a csillagok pontos kémiai elemi összetételét. Az Európai Űrügynökség Gaia űrteleszkópjának precíz helyzeti és mozgási adatait felhasználva kiszámították a csillagok távolságát és azt is, hogyan keringenek a galaxisunkban.

Sestito magyarázata szerint a csillagok kémiájából és pályájából származó információk keveréke terelte őket afelé, hogy alaposabban megvizsgálják az égitestek eredetét. Ahelyett ugyanis, hogy a galaxis ritka halójában sodródnának – ahol az ősi, fémszegény csillagok többségét általában megfigyelik –, ezek a csillagok meglepően közel, a Naptól mindössze 6500 fényéven belüli pályákon mozognak a Tejútrendszer korongjában. Ez azért rendkívül furcsa, mert a korongban lévő csillagok általában fiatalok és fémekben gazdagok, mint a mi Napunk, míg a vizsgált csillagok öregek és rendkívül fémszegények, pontosan olyanok, mint amilyeneket a törpegalaxisokban találunk.

A rejtélyt tovább fokozta a csillagok mozgásiránya. A csoport egy része a Tejútrendszer forgásával megegyező irányban haladt, míg a többiek pontosan az ellenkező irányba, visszafelé száguldottak. Ennek ellenére a két csoport kémiai összetétele között semmilyen különbséget nem találtak. Komoly fejtörést okozott a kutatóknak annak megmagyarázása, hogy egyetlen, kívülről érkező galaxis hogyan hagyhatott maga után egymással szemben mozgó csillagokat.

A választ végül a galaxisok kialakulását modellező számítógépes szimulációk adták meg. Ha az összeolvadás elég korán történt – amikor a fiatal Tejútrendszer még viszonylag kis tömegű volt, és nem alakult ki a stabilan pörgő, rendezett csillagkorongja –, a bezuhanó törpegalaxisnak még elegendő szabadsága volt ahhoz, hogy a csillagait minden elképzelhető irányba szétszórja. Egy nagy galaxis korai összeolvadási története rendkívül kaotikus lehet, ahol a kisebb rendszerek egymással is kölcsönhatásba lépnek, és csillagaikat a legkülönfélébb pályákra kényszerítik.

Ez a forgatókönyv képes egyszerre létrehozni az előre- és hátrafelé haladó pályákat. A szimulációk alapján ez az esemény nagyjából 3 milliárd évvel az Ősrobbanás után történhetett. Az adatok szerint egyetlen, körülbelül 1,4 milliárd naptömegű törpegalaxis, amelyet a Tejútrendszer több mint 10 milliárd évvel ezelőtt nyelt el, pontosan a ma megfigyelt pályamintázatba szórhatta szét a csillagait.

A kutatók emiatt nevezték el a rendszert Loki-nak. Ahogy Sestito fogalmazott, Loki a skandináv mitológiában a csínytevés és a kísértés istene, egy csaló, akinek a szándékait és tetteit rendkívül nehéz megfejteni. Hasonlóképpen, ezek a bekebelezett csillagok is alaposan feladták a leckét a tudósoknak, mire sikerült megérteni a származásukat.

A felfedezést a szakma kívülálló tagjai is ígéretesnek tartják, bár a teljes bizonyossághoz még további kutatásokra van szükség. Anirudh Chiti, a Stanford Egyetem asztrofizikusa, aki nem vett részt a munkában, kiemelte, hogy a kémiai elemzés rendkívül izgalmas, és a csillagok kémiája sokkal egységesebbnek tűnik, mint a Tejútrendszer halójában található átlagos csillagoké. Ugyanakkor rámutatott arra is, hogy mivel még nagyon a korai szakaszában járunk a galaktikus korong legfémszegényebb csillagai feltérképezésének, még az is elképzelhető, hogy ezek a csillagok a Tejútrendszer saját, belső fejlődéséből származó alcsoportot alkotnak.

Maga Sestito is elismerte, hogy a jelenlegi mintájuk a megfigyelt csillagok alacsony száma miatt korlátozott. A csillagok nagy felbontású spektroszkópiával történő vizsgálata rendkívül időigényes folyamat: minden egyes csillag megfigyelése körülbelül négy órányi értékes teleszkópidőt igényel. A Loki létezésének végleges megerősítéséhez a csapatnak további csillagokat kell megvizsgálnia ugyanazzal a teleszkóp-beállítással, hogy pontosabban lássák a különbségeket ezen rendszer és a Tejútrendszer más részei között.

A jövő mindenesetre biztató. A hamarosan munkába álló, fejlett spektroszkópiai berendezésekkel a csillagászok már csillagok százait lesznek képesek egyszerre megfigyelni, így hatalmas mennyiségű, kiváló minőségű adat áll majd rendelkezésre a pályáikról és kémiai összetételükről. A kutatók szerint a jövőbeli keresést nem szabad csupán a galaxis külső régióira korlátozni.

A Tejútrendszer belső, zsúfolt részein rejtőzködő rendszerek vizsgálata ugyan technikai szempontból óriási kihívás, de éppen ezek a rejtett zugok őrizhetik a legfontosabb nyomokat a fiatal univerzum primitív galaxisairól és saját kozmikus otthonunk viharos gyermekkoráról. (2)

(1) - https://academic.oup.com/mnras/article/
(2) - https://www.livescience.com/space/astr