egy 11,8 milliárd éves galaxisütközés emlékét őrzi
A Tejútrendszer nem békésen, elszigetelten növekedett mai méretére. Fejlődése során kisebb galaxisokat szakított szét, majd csillagaikat, gázanyagukat és sötét anyagukat saját rendszerébe olvasztotta. A csillagászok most az eddig ismert legkorábbi ilyen ütközés nyomait azonosították: fiatal galaxisunk körülbelül 11,8 milliárd évvel ezelőtt kebelezett be egy törpegalaxist, amikor az univerzum még csupán nagyjából kétmilliárd éves volt.
Az eseményt közvetlenül természetesen nem lehet lefényképezni. A kutatók galaktikus régészek módjára a Tejútrendszer központi tartományában fennmaradt ősi csillaghalmazok tulajdonságaiból következtettek az egykori ütközésre. A felfedezés 1,8 milliárd évvel tolja korábbra galaxisunk részletesen rekonstruálható összeolvadási történetének kezdetét. A kutatást Davide Massari, az olasz Nemzeti Asztrofizikai Intézet csillagásza vezette, eredményeit pedig a Nature Astronomy folyóiratban közölték.
Az elpusztult galaxis a Low-energy–Kraken–Heracles, röviden LKH nevet kapta. A hosszú elnevezés három korábbi kutatási eredmény előtt tiszteleg, amelyek egymástól részben eltérő módon már felvetették egy nagyon korai, nagy tömegű galaxisbekebelezés lehetőségét. Az új vizsgálat szerint ezek a különállónak gondolt nyomok valószínűleg ugyanannak az ősi rendszernek a maradványai.
Az LKH csillagainak együttes tömege hozzávetőleg 500 millió naptömeg lehetett. Ez a mai, mintegy 1,5 billió naptömegű Tejútrendszer mellett szerény mennyiségnek látszana, ám 11,8 milliárd évvel ezelőtt saját galaxisunk is sokkal kisebb volt. Az LKH csillagtömege a korabeli Tejútrendszer tömegének körülbelül a negyedét érhette el, ezért az esemény nem apró kozmikus baleset, hanem a fiatal galaxis fejlődését alapvetően befolyásoló összeolvadás volt.
A csillagászok a Hubble-űrtávcső és az Európai Űrügynökség Gaia űrszondájának adatait egyesítették. A Hubble rendkívül részletes felvételei alapján pontosították a gömbhalmazok korát és fémtartalmát, a Gaia mérései pedig megmutatták, hogyan mozognak ezek a halmazok a Tejútrendszer gravitációs terében. Összesen 39, a galaxis központjától számított körülbelül 20 000 fényéves tartományban található gömbhalmazt elemeztek.
A gömbhalmazok több tízezer, esetenként több millió, közös eredetű csillagból álló, sűrű rendszerek. Csillagaik általában rendkívül idősek, ezért ezek a halmazok a galaxis kialakulásának korai állapotait őrző kozmikus időkapszuláknak tekinthetők. Egy galaxis szétszakadhat, csillagai szétszóródhatnak, gázanyaga pedig összekeveredhet egy másik rendszer anyagával, ám néhány tömör gömbhalmaza évmilliárdokon keresztül fennmaradhat.
A kutatás középpontjában a halmazok kora és fémtartalma közötti kapcsolat állt. A csillagászatban „fémnek” neveznek minden, a hidrogénnél és a héliumnál nehezebb elemet. A világegyetem legkorábbi csillagai még igen kevés ilyen anyagot tartalmaztak, mert a nehezebb elemeket az egymást követő csillaggenerációk magfúziós folyamatai és robbanásai hozták létre. Egy csillaghalmaz kora és kémiai összetétele ezért részben elárulja, milyen környezetben, milyen gyorsan fejlődő galaxisban keletkezett.
Az elemzés három jól elkülöníthető halmazcsoportot mutatott ki. Az egyik a korai Tejútrendszerben született, a másik a körülbelül tízmilliárd éve bekebelezett Gaia–Sausage–Enceladus galaxisból érkezett. A harmadik csoport halmazai idősebbek voltak a Gaia–Sausage–Enceladus rendszerhez kapcsolható halmazoknál, ugyanakkor fiatalabbak a Tejútrendszer legősibb, helyben keletkezett halmazainál. Kémiai összetételük és mozgásuk sem illett egyik ismert csoporthoz. Ez a különálló populáció vezette el a kutatókat az LKH egykori létezéséhez.
A galaxisütközés kifejezés könnyen két hatalmas csillagtömeg közvetlen karamboljának képét idézi fel, ám a valóságban a csillagok közötti távolság olyan nagy, hogy két galaxis összeolvadásakor a tényleges csillag–csillag ütközések rendkívül ritkák. Az LKH csillagai többségükben sértetlenül kerülhettek át a Tejútrendszerbe, pályájuk azonban teljesen átrendeződött.
A gázfelhők viselkedése jóval hevesebb lehetett. A két galaxis csillagközi anyaga összeütközött, összenyomódott és lehűlt, ami intenzív csillagkeletkezési hullámot indíthatott el. Az LKH emellett újabb sötét anyagot vitt a fiatal Tejútrendszerbe, ezzel megváltoztatva annak gravitációs terét és későbbi növekedését. Az összeolvadás tehát egyszerre növelte galaxisunk csillagállományát, biztosított új nyersanyagot további csillagok kialakulásához, és alakította át a körülötte elhelyezkedő láthatatlan sötétanyag-hálót.
Az LKH maradványainak nagy része a Tejútrendszer belső, körülbelül 20 000 fényéves tartományába került. Innen ered a tanulmányokban emlegetett „sebhely”: nem egyetlen, térben jól körülhatárolható képződményről van szó, hanem ősi csillaghalmazok és feltehetően szétszóródott csillagok sajátos kémiai és dinamikai mintázatáról. A galaxis központi vidékét nagy mennyiségű por takarja, ezért az LKH-ból származó egyedi csillagokat igen nehéz megtalálni. A gömbhalmazok azonban eléggé fényesek és tömörek ahhoz, hogy a Hubble részletesen megvizsgálhassa őket.
Az új eredmény módosítja a Tejútrendszer gyermekkoráról kialakított képet. Egyes korábbi elképzelések szerint a legelső fejlődési szakaszt főként a galaxis saját gázanyagából megszülető csillagok határozták meg. Az LKH felismerése azt mutatja, hogy már a kezdeti időszakban jelentős mennyiségű, más galaxisban létrejött csillag, gáz és sötét anyag épült be rendszerünkbe.
Az LKH után körülbelül 1,8 milliárd évvel következett a Gaia–Sausage–Enceladus összeolvadás, amely erősen átrendezte a Tejútrendszer csillagkorongját és halóját. Több milliárd évvel később kezdődött a Sagittarius törpegalaxis bekebelezése, amely napjainkban is tart: a Tejútrendszer gravitációja minden egyes keringés során újabb csillagokat szakít ki belőle. Saját galaxisunk története így egymásra rakódó ütközésekből, csillagkeletkezési korszakokból és folyamatos anyagbefogásból áll. (itt van a korabbi cikk erről: Úgy tűnik, hogy a Tejút elfordult 90 fokkal – Kozmosz )
Ezek a régi események közvetve a Naprendszer létrejöttéhez is hozzájárultak. A galaxisösszeolvadások megváltoztatták a csillagkeletkezés ütemét, átrendezték a gázfelhőket, és olyan nehéz elemekkel gazdagították a Tejútrendszert, amelyekből jóval később a Nap, a bolygók és végül a földi élet anyaga kialakulhatott. Az LKH ma már nem létezik önálló galaxisként, csillagai és gömbhalmazai azonban továbbra is itt keringenek körülöttünk. A Tejútrendszer legkorábbi ismert áldozata bizonyos értelemben saját kozmikus származásunk részévé vált.
A mellékelt kép művészi illusztráció: a Tejútrendszer és az LKH több millió évig tartó összeolvadása. Kép: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI).
