Ligesom mange andre spiralgalakser i universet består Mælkevejsgalaksen af to disklignende strukturer - den tynde disk og den tykke disk. Den tykke disk, der indhyller den tynde disk, indeholder ca. 20% af Mælkevejens stjerner og menes at være den ældre af parret baseret på sammensætningen af dens stjerner (som har større metallicitet) og dens pustede karakter.
I en nylig undersøgelse anvendte imidlertid et team på 38 videnskabsfolk ledet af forskere fra Australiens ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in Three Dimensions (ASTRO-3D) data fra den nu pensionerede Kepler mission til at måle stjerneskælv på Mælkevejens disk. Fra dette har de revideret de officielle skøn over alderen på Mælkevejens tykke disk, som de konkluderer er omkring 10 milliarder år gammel.
Undersøgelsen, der beskriver deres fund - med titlen "The K2-HERMES Survey: age and metalicity of the thick plate" - dukkede for nylig op i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society. Forskningsteamet blev ledet af Dr. Sanjib Sharma fra Sydney Institute for Astronomy og ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in Three Dimensions (ASTRO-3D) og omfattede medlemmer fra flere universiteter og forskningsinstitutter.
For at bestemme alderen på den tykke disk anvendte Dr. Sharma og hans team en metode, der er kendt som asteroseismologi. Dette består af at måle en stjernes svingninger forårsaget af stjerneskælv, hvor stjerneskorpene gennemgår pludselige forskydninger svarende til jordskælv. Denne proces giver forskere mulighed for at udføre "galaktisk arkæologi", hvor de er i stand til at se tilbage i tiden på dannelsen af Mælkevejen (for over 13 milliarder år siden).
Som Dennis Stello - en lektor ved University of New South Wales og en medforfatter til studiet - forklarede dette, dette gjorde det muligt for dem at bestemme en stjerners interne strukturer:
”Jordskælvene genererer lydbølger inde i stjernerne, der får dem til at ringe eller vibrere. De producerede frekvenser fortæller os ting om stjernenes interne egenskaber, inklusive deres alder. Det er lidt som at identificere en violin som en Stradivarius ved at lytte til den lyd, den laver. ”
Det er vigtigt at bemærke, at astronomer ikke er i stand til at registrere faktiske “lyde” genereret af stjerner. I stedet måles bevægelser inden for en stjernes indre baseret på ændringer i en stjerners lysstyrke. Tidligere havde astronomer bemærket, at observationer foretaget af Kepler mission var ikke i overensstemmelse med modeller af Mælkevejenes struktur - som forudsagde, at den tykke disk ville have flere stjerner med lav masse.
Indtil nu var det uklart, om denne uoverensstemmelse skyldtes unøjagtigheder i de galaktiske modeller, eller på grund af et problem i stjernernes udvælgelseskriterier. Brug af nye data fra K2 mission, Sharma og hans kolleger fandt, at det var førstnævnte. Grundlæggende antog tidligere galaktiske modeller, at den tykke disk var befolket af stjerner med lav masse, lavmetallicitet.
Brug af K2 mission data for at udføre en frisk spektroskopisk analyse, Dr. Sharma og hans team bestemte, at den kemiske sammensætning inkorporeret i eksisterende modeller var forkert, hvilket førte til unøjagtige skøn over deres aldre. Ved at tage dette i betragtning var Dr. Sharma og hans team i stand til at bringe asteroseismiske data i overensstemmelse med, hvad galaktiske modeller forudsagde. Som Dr. Sharma forklarede:
”Dette fund opklarer et mysterium… Tidligere data om aldersfordelingen af stjerner på disken stemte ikke overens med de modeller, der er konstrueret til at beskrive det, men ingen vidste, hvor fejlen lå - i dataene eller modellerne. Nu er vi temmelig sikre på, at vi har fundet det. ”
Siden det blev lanceret i 2009, er de indsamlede data af Kepler mission antydede, at der var meget mere yngre stjerner på den tykke disk, end modeller forudsagde. Selvom det ikke primært var designet til at udføre astroarkæologi, er dets evne til at måle ændringer i en stjerners lysstyrke (tilsyneladende på grund af planetariske transitter) velegnet til måling af stjerneskælv.
”Stjerner er bare sfæriske instrumenter fulde af gas, men deres vibrationer er små, så vi er nødt til at se meget omhyggeligt,” sagde Sharma. ”De udsøgte lysstyrke målinger foretaget af Kepler var ideelle til det. Teleskopet var så følsomt, at det ville have været i stand til at registrere dæmpningen af en billys, når en loppe gik hen over det. ”
Disse fund viser, at selv efter at to af dets reaktionshjul mislykkedes i 2013, Kepler var stadig i stand til at gennemføre værdifulde observationer som en del af dens K2 kampagne. Resultaterne af denne undersøgelse er også en stærk indikation af den analytiske kraft af asteroseismologi og dens evne til at estimere stjernernes aldre. Flere afsløringer forventes, da forskere fortsætter med at hælde over data, der er opnået af missionen, inden den ophørte med operationer i november 2018.
Analysen af disse data vil blive kombineret med nye oplysninger indsamlet af NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - Kepler'S åndelige efterfølger, der tog pladsen syv måneder før Kepler pensioneret. Denne information vil forbedre aldersestimaterne for endnu flere stjerner på disken og hjælpe astronomer med at lære mere om dannelsen og udviklingen af Mælkevejen.
