Et tilbakeblikk i Melkeveiens fortid

For bedre å forstå utviklingen av Melkeveien vår, bestemmer astronomer blant annet alderen og opprinnelsen til mange stjerner. Nå har to astronomer klart å datere historien til hjemmegalaksen vår, den mest nøyaktige til dags dato. For å gjøre dette brukte de totalt 247 104 spesielle stjerner – kalt subgiganter – som kosmiske klokker. Melkeveisskiven ble dannet for 13 milliarder år siden – bare 800 millioner år etter Big Bang – rapporterer astronomer i tidsskriftet «Nature».

Melkeveien vår er en spiralgalakse: de fleste stjernene finnes i en skive og en sentral fortykkelse som kalles en bule. Denne platen er omgitt av en indre og en ytre stjerneglorie. Dannelsen av den indre konvolutten faller sammen med sammenslåingen av den unge Melkeveien med den mindre satellittgalaksen Gaia-Enceladus. Tilsynelatende utløste denne hendelsen også dannelsen av mange stjerner på platen. Det er imidlertid ingen enkel oppgave for astronomer å spore den eksakte evolusjonshistorien til Melkeveien og dens komplekse struktur. For å gjøre dette må de bestemme alderen og opprinnelsen til så mange stjerner som mulig.

Såkalte subgiganter – et stadium i stjerners utvikling – er spesielt egnet for aldersbestemmelse av stjerner. Først genererer stjerner som solen vår energi gjennom kjernefysisk fusjon av hydrogen til helium. Men når hydrogentilførselen i kjernen er oppbrukt, utvider stjernen seg til en rød kjempe. Før det går imidlertid stjernen inn i subgigantens korte fase, hvor energi skapes fra sammentrekningen av kjernen. Siden denne fasen er astronomisk kort – varer noen millioner år – kan alderen til en stjerne bestemmes veldig nøyaktig i denne fasen.

Men samtidig er det svært vanskelig for astronomer å oppdage undergiganter på grunn av den korte varigheten. I søket etter disse spesielle stjernene har Maosheng Xiang og Hans-Walter Rix ved Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg nå brukt to store undersøkelser av himmelen: på den ene siden analyserte de data fra det europeiske satellitteleskopet Gaia, med som avstanden og bevegelsen til over en milliard stjerner er målt i Melkeveien. På den annen side brukte de spektra samlet fra flere hundre tusen stjerner av det optiske teleskopet LAMOST ved Xinglong-stasjonsobservatoriet i Kina.

Ved å kombinere data fra begge teleskopene identifiserte Xiang og Rix ikke bare totalt 247 104 undergiganter, men bestemte også deres nøyaktige alder og tildelte stjerner til deres opprinnelse. På grunnlag av spektrene målt av LAMOST – det vil si fordelingen av de forskjellige bølgelengdene i lyset av stjernene – var det mulig å bestemme stjernenes kjemiske sammensetning og ut fra dette deres alder. Jo flere tunge elementer en stjernes atmosfære inneholder, jo senere ble den dannet i galaktisk historie. Fordi tunge grunnstoffer bare skapes av kjernefysisk fusjon i stjernene fra tidligere generasjoner.

Totalt sett dekker alderen til stjernene som er undersøkt et område fra 1,5 til 13,8 milliarder år, som er nesten hele historien til Melkeveien vår. De fleste av stjernene som ble studert kunne tilordnes diskdannelsesfasen og galaksens indre glorie. «Subgiants er derfor de beste indikatorene på galaktisk arkeologi vi har,» sier Xiang og Rix. De to forskerne håper å identifisere flere undergiganter i fremtiden. Jo flere av disse stjernene astronomene undersøker, jo mer detaljerte utsagn om Melkeveiens utviklingshistorie kan bli.