Imej klasik Bima Sakti sebagai sebuah galaksi tenang dan kemasGalaksi, dengan lengan spiralnya yang jelas dan cakera yang kelihatan seragam, telah gagal. Apabila ahli astronomi melihat secara terperinci komposisi bintang berhampiran Matahari, mereka mendapati bahawa galaksi kita mengandungi lebih banyak lagi. personaliti dwi kimia yang selama bertahun-tahun telah menjadi teka-teki yang sebenar.
"Kehidupan berganda" ini dikenali sebagai bimodaliti kimiaDalam kawasan kejiranan suria, tiada satu populasi bintang yang berterusan, tetapi sebaliknya terdapat dua kumpulan besar dengan campuran unsur yang berbeza. Satu kumpulan lebih kaya dengan magnesium dan lebih miskin dengan zat besi, manakala kumpulan yang satu lagi menunjukkan trend yang sebaliknya. Satu kajian baru-baru ini, dengan penyertaan kukuh Institut Sains Kosmos Universiti Barcelona (ICCUB) Dan pusat-pusat Eropah seperti CNRS Perancis atau Institut Astrofizik Max Planck sedang menulis semula sejarah kimia Bima Sakti dan menunjukkan bahawa evolusinya bukanlah model universal.
Apakah bimodaliti kimia dalam Bima Sakti?
Apabila jumlah relatif besi (Fe) dan magnesium (Mg) dalam ribuan bintang di kawasan kejiranan suria diplotkan pada gambar rajah, data tidak tersebar secara seragam, tetapi disusun menjadi dua urutan yang berbezaDalam erti kata lain, dua "keluarga" kimia kelihatan bahawa, walaupun bertindih dalam kelogaman keseluruhan — jumlah perkadaran unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium—, menunjukkan trajektori berasingan dalam graf tersebut.
Keputusan ini, yang diulang berkali-kali dalam analisis yang berbeza, telah menjadi salah satu teka-teki yang paling banyak dibincangkan dalam sejarah kimia Bima SaktiIa menarik lebih banyak perhatian kerana Ia tidak dikesan dengan kejelasan yang sama dalam galaksi berdekatan seperti Andromeda, lingkaran terbesar yang paling dekat dengan kita. Ini telah lama mendorong orang ramai untuk mempercayai bahawa sesuatu yang luar biasa telah berlaku di Bima Sakti.
Antara hipotesis yang paling meluas ialah idea perlanggaran purba dengan galaksi kerdil, yang dikenali sebagai Gaia-Sosej-Enceladus (GSE)yang akan meninggalkan tanda kimia tertentu. Walau bagaimanapun, kajian baharu menunjukkan bahawa penggabungan ini mungkin telah mempengaruhi galaksi kita, tetapi Ia tidak diperlukan untuk menghasilkan bimodaliti kimia yang diperhatikan.
Para penyelidik menekankan bahawa bentuk tepat kedua-dua jujukan ini berkait rapat dengan sejarah pembentukan bintang dari galaksi itu sendiri: bila bintang dilahirkan, pada kadar berapa, dan jenis gas apa yang mendorong peristiwa tersebut. Setiap pembolehubah ini meninggalkan kesan kimia yang kini boleh kita baca dalam bintang cakera.
Simulasi Auriga: mencipta semula sejarah kimia galaksi
Untuk menguraikan asal usul struktur berganda ini, pasukan yang diselaraskan dari Barcelona dan Paris telah menggunakan simulasi kosmologi lanjutan yang dikenali sebagai Simulasi AurigaIni adalah model berangka yang mencipta semula, dalam alam semesta maya, pembentukan dan evolusi galaksi yang serupa dengan Bima Sakti dari zaman kosmik terawal hingga ke hari ini.
Kajian itu menganalisis kira-kira tiga puluh galaksi simulasi dengan jisim dan struktur yang serupa dengan kita sendiri. Matlamatnya adalah untuk mencari, dalam sampel itu, proses mana yang menimbulkan jujukan kimia berganda seperti yang diperhatikan dalam persekitaran Matahari. Dengan membandingkan kes yang berbeza, para penyelidik dapat menguji pelbagai senario evolusi.
Apa yang menarik ialah beberapa galaksi maya itu berkembang sendiri. dua cabang kimia yang terpisah dengan baik tanpa perlu memperkenalkan perlanggaran jenis GSE yang besar. Dalam beberapa kes, bimodaliti muncul selepas letusan pembentukan bintang yang kuat diikuti oleh tempoh yang lebih sederhana; dalam tempoh lain, kuncinya adalah cara gas di sekeliling menembusi galaksi dari semasa ke semasa.
Penulis utama karya ini, penyelidik Matthew Orkney (ICCUB dan Institut d'Estudis Espacials de Catalunya, IEEC), meringkaskan idea ini dengan frasa yang bertentangan dengan pandangan tradisional: Struktur kimia Bima Sakti bukanlah satah universalDalam erti kata lain, kita tidak boleh menganggap bahawa semua galaksi pilin perlu mengikuti skrip yang sama untuk menghasilkan hasil yang serupa.
Kesimpulan ini memaksa kita untuk memikirkan semula bagaimana Bima Sakti digunakan sebagai titik rujukan. Sehingga kini, banyak teori evolusi galaksi menganggap bahawa galaksi kita adalah "model piawai" yang baik. Kerja baharu ini, yang disokong oleh simulasi Auriga ini, mencadangkan bahawa Bima Sakti mungkin sebenarnya... satu kes antara banyak kemungkinan, satu lagi dalam julat laluan evolusi yang jauh lebih luas.
Gas sirkumgalaksi: peranan persekitaran dalam kimia bintang
Antara hasil kajian yang paling jelas ialah kepentingan Medium sirkumgalaksi (CGM)Kawasan gas panas dan nipis yang mengelilingi galaksi. Walaupun sukar untuk diperhatikan secara langsung, gas ini bertindak sebagai takungan gergasi yang membekalkan makanan kepada galaksi selama berbilion tahun.
Simulasi menunjukkan bahawa aliran masuk gas miskin logam secara berterusan Jumlah gas dari CGM boleh mencukupi untuk menyalakan jujukan bintang kedua dengan komposisi yang berbeza daripada generasi sebelumnya. Apabila gas yang agak "asli" ini bercampur dengan bahan cakera yang telah diperkaya, bintang-bintang baharu dilahirkan dengan perkadaran besi dan magnesium yang berbeza, sekali gus menghasilkan bimodaliti kimia.
Dalam konteks ini, para penyelidik berhujah bahawa tidak perlu menggunakan satu penggabungan besar untuk menjelaskan data. Apa yang kelihatan penting ialah Bagaimanakah saluran masuk gas dikawal selia? Daripada persekitaran: bila ia berlaku, dengan keamatan yang berapa, dan apakah komposisi bahan tersebut. Perubahan dalam aliran ini, dengan sendirinya, boleh menghasilkan dua kumpulan kimia bintang yang besar dalam galaksi yang sama.
Satu lagi aspek yang ditonjolkan oleh karya ini ialah hubungan rapat antara urutan ini dan kronologi pembentukan bintangDalam galaksi di mana terdapat episod pembentukan bintang yang sangat sengit pada peringkat awal, keluarga kimia pertama diperkukuhkan; dalam galaksi di mana kemasukan gas segar berpanjangan, keluarga kedua menjadi lebih menonjol. Setiap lengkung dalam gambar rajah kimia, pada dasarnya, merupakan petunjuk kepada rentak di mana galaksi telah berdenyut.
Pembacaan kimia najam yang lebih halus ini membuka pintu untuk menggunakan banyaknya zat besi, magnesium dan unsur-unsur lain sebagai sejenis "arkib fosil" sejarah galaksi. Daripada hanya mengira bintang, ahli astronomi boleh membina semula bagaimana galaksi telah berubah daripada tanda kimia yang dikekalkan oleh bintang-bintang tersebut sejak kelahirannya.
Siasatan ala Eropah dengan kepimpinan Sepanyol
Kerja-kerja ini diketuai oleh pasukan dari Institut Sains Kosmos Universiti Barcelona (ICCUB) dan Institut Pengajian Angkasa Lepas Catalonia (IEEC), dengan kerjasama erat dengan Pusat Sains Kebangsaan de la Recherche (CNRS) dari Perancis. Ini adalah tambahan kepada sumbangan daripada Universiti John Moores Liverpool (United Kingdom) dan Institut Astrofizik Max Planck (Jerman), membentuk sebuah konsortium Eropah dengan kehadiran yang ketara dalam astrofizik galaksi semasa.
Dari Sepanyol, ICCUB dan IEEC telah mengambil bahagian selama bertahun-tahun dalam projek-projek utama yang berkaitan dengan struktur dan kimia Bima SaktiKajian ini, yang diterbitkan dalam jurnal antarabangsa, bergantung pada pangkalan data pemerhatian yang besar dan simulasi berangka resolusi tinggi. Notis Bulanan Persatuan Astronomi DirajaIa selaras dengan ini dan mengukuhkan kehadiran penyelidikan Sepanyol dalam landskap astronomi Eropah.
Penulis bersama Chervin Laporte, yang dikaitkan dengan ICCUB-IEEC, Balai Cerap Paris (CNRS) dan institut Kavli IPMU, menekankan bahawa keputusan menunjukkan a senario yang sangat pelbagaiGalaksi lain juga sepatutnya menunjukkan pelbagai jujukan kimia, dan bukannya meniru titik demi titik apa yang kita lihat dalam Bima Sakti.
Menurut Laporte, mempunyai simulasi jenis ini membolehkan kita menjangka tandatangan kimia yang perlu dicari dalam galaksi luaran apabila generasi baharu teleskop 30 meterInstrumen-instrumen ini, yang sedang dibangunkan di Eropah dan di tempat lain, akan menjadikan analisis terperinci tentang komposisi bintang di galaksi lain bukan lagi luar biasa tetapi satu tugas rutin.
Bagi komuniti saintifik Eropah, kerja jenis ini juga merupakan cara untuk memanfaatkan sepenuhnya pelaburan dalam infrastruktur superkomputer dan projek kerjasama yang besar, di mana Sepanyol dan rakan kongsi komuniti yang lain memainkan peranan yang semakin penting dalam meneroka sejarah kimia alam semesta berdekatan.
Teleskop dan misi yang akan menguji visi baharu ini
Penemuan kajian ini tidak akan kekal sebagai teori semata-mata. Para penyelidik yakin bahawa, pada tahun-tahun akan datang, gabungan teleskop angkasa lepas dan balai cerap berasaskan darat yang besar akan membolehkan... semak sama ada kepelbagaian corak kimia Ramalan simulasi Auriga juga diperhatikan dalam galaksi sebenar.
Antara instrumen utama ialah Teleskop Angkasa James Webb (JWST)Ia mampu menganalisis cahaya daripada bintang dan gugusan dalam Bima Sakti dan galaksi lain dalam Kumpulan Tempatan dengan perincian yang belum pernah terjadi sebelumnya. Kepekaannya dalam inframerah membolehkannya mengukur kelimpahan kimia yang halus, walaupun di kawasan cakera galaksi yang sangat berdebu.
Secara selari, misi Eropah seperti PLATO dan projek yang dicadangkan seperti Chronos Ia direka bentuk untuk mengkaji dengan ketepatan yang tinggi sifat dalaman bintang —contohnya, melalui asteroseismologi— dan komposisinya. Ini akan membantu menentukan tarikh populasi bintang yang berbeza dengan lebih baik dan menghubungkan usia mereka dengan urutan kimia yang menjadi milik mereka.
Sumber angkasa lepas ini dilengkapi dengan sumber masa hadapan teleskop berdiameter tiga puluh meter Di Bumi, ia dilengkapi dengan spektrograf yang boleh menguraikan cahaya daripada bintang individu dalam galaksi luaran. Disebabkan ini, adalah mungkin untuk memplot gambar rajah Fe-Mg dalam galaksi lingkaran lain dan melihat sama ada, seperti yang dicadangkan oleh simulasi, ia juga mempamerkan bimodaliti dan berbilang jujukan.
Jika pemerhatian mengesahkan pelbagai cerita kimia Hasil daripada model-model ini, ahli astronomi akan mempunyai asas yang lebih kukuh untuk membandingkan Bima Sakti dengan galaksi lain. Dan, dengan berbuat demikian, mereka akan dapat memperhalusi pembinaan semula "laluan evolusi" yang telah diikuti oleh galaksi kita sendiri dari bintang pertamanya hingga struktur kompleksnya sekarang.
Imej baharu yang muncul daripada karya ini ialah sebuah alam semesta di mana Galaksi tidak berkongsi satu manual arahan punSebaliknya, mereka mengikuti laluan yang berbeza untuk mencapai hasil yang nampaknya serupa. Bima Sakti, jauh daripada menjadi corak wajib, mendedahkan dirinya sebagai kes tertentu yang sejarah kimianya hanya dapat difahami apabila peranan gas sirkumgalaksi, kadar pembentukan bintang, dan pandangan gabungan simulasi, teleskop angkasa lepas, dan balai cerap utama Eropah diambil kira.
