Vintergatans släktträd måste göras om

Vintergatan är en av de två jättarna i den lokala galaxgruppen. De flesta av de andra galaxerna är små dvärggalaxer. De flesta astronomerna lutade tidigare åt att Vintergatan bildats genom att sådana dvärggalaxer slagits samman tidigt i galaxgruppens historia. Nu har en internationell forskargrupp vid det Europeiska sydobservatoriet ESO visat att detta inte verkar stämma. Halten av tunga grundämnen i dvärggalaxernas stjärnor skiljer sig för mycket från halterna i Vintergatans stjärnor.

Byter ett problem mot ett annat

Kosmologerna, som studerar universums uppkomst och utveckling, har tidigare haft problem med dvärggalaxerna eftersom man hittat alldeles för få, kanske en tiondel av vad man hade väntat sig. Det stämde illa med de modeller man hade och som i övrigt fungerade rätt bra. Men med större och starkare teleskop, samt de förbättrade möjligheter som datatekniken inneburit, har man de senaste åren faktiskt börjat hitta fler dvärggalaxer, till kosmologernas glädje.

– Det är knappt man ser de här nya dvärggalaxerna, säger Nils Bergvall, galaxforskare vid Uppsala universitet. Man söker med datorers hjälp efter områden på himlen som har lite fler stjärnor än andra områden. Skillnaderna är så små att de inte går att se med ögat, men datorerna plockar upp de systematiska avvikelserna.

Därför är nu dvärggalaxerna antal inte ett så stort problem längre. Men istället har alltså astronomerna fått ett annat problem på halsen. Vintergatans släktträd verkar inte stämma.

För få åldringar

När ESO-forskarna med hjälp av ESO:s VLT-teleskop gjorde sin studie av tvåtusen stjärnor i fyra dvärggalaxer så hade de väntat sig att se väsentligen samma grundämnesinnehåll i de dvärggalaxer de tittade på som i Vintergatan.

– Men av de stjärnor de tittat på är det alldeles för få som har låga grundämneshalter, säger Nils Bergvall.

Det betyder att de har för få lätta stjärnor som är riktigt gamla. De har en betydligt lägre andel sådana än Vintergatan har. Det är bara lätta stjärnor som kan vara riktigt gamla, eftersom större stjärnor har hinnit brinna ut och slockna på ett eller annat sätt. Resultaten gör det svårt att tänka sig att Vintergatan bildats genom sammanslagning av dvärggalaxer.

– Våra resultat utesluter sammanslagningen av dvärggalaxer som bildningsmekanism, säger Amina Helmi, huvudförfattare till den artikel där resultaten från ESO:s studie presenteras.

Kan vara av annat skrot och korn

Astronomerna tycker att det här är väldigt spännande resultat av två skäl. Dels just för att det pekar på att Vintergatans släktträd måste modifieras. Dels också för att det pekar på att det finns saker om dvärggalaxerna som astronomerna inte känner till. Varför innehåller de inga gamla stjärnor?

– Det kan hända att dvärggalaxerna har en helt annan utvecklingshistoria än Vintergatan, säger Nils Bergvall. De kanske inte började bilda stjärnor förrän efter Vintergatan hade bildats. Kanske bildades till och med dvärgarna UR Vintergatan.

Dvärggalaxer skulle kunna vara barn av Vintergatan. Man vet att det bildas dvärggalaxer – så kallade "tidal dwarfs – genom att gas av tidvatteneffekter dras loss när stora galaxer passerar nära varandra. Detta skulle exempelvis kunna hända när Vintergatan och Andromeda passerar nära varandra. Den "brygga" av materia som bildas mellan galaxerna lossnar och dras ihop till en egen galax – en dvärggalax. Dvärggalaxernas materia är i dessa fall alltså inte ursprunglig, utan har redan processats i en galax. Därför finns det inte nödvändigtvis så många gamla stjärnor i dem.

– Dvärggalaxernas mindre massa och gravitation kan också ha gjort att miljön för stjärnbildning kan ha varit annorlunda. Det kan räcka med ett supernovautbrott tidigt i en dvärggalax historia för att störa stjärnbildningen.

Till skillnad från i Vintergatan kanske alla stjärnor som från början bildades i dvärggalaxerna var tunga. De levde i så fall sina liv snabbt, dog, och spred ut de tunga grundämnen de producerat i rymden omkring sig. Dessa tunga grundämnen fanns sedan med när nästa generation stjärnor bildades. Bildades det lätta stjärnor då – vilket fortfarande kan ha varit tidigt i galaxens historia – så kom de att innehålla relativt stora mängder tyngre grundämnen. De skulle då verka vara yngre än lika gamla stjärnor i Vintergatan.

Jakten på dvärgarna

Han är lite skeptiskt till hur säkra resultaten är innan man mätt på fler galaxer än de fyra man mätt på i denna studie.

– Fyra kan vara tillfälligheter. Vi behöver nog ett tiotal galaxer innan vi kan vara säkra på att det är allmängiltiga resultat. De här fyra skulle alla kunna vara tidal dwarfs. Jag skulle också vilja veta mer om var de här galaxerna kommer ifrån, vad de har för historia.

Han påpekar också att allt eftersom astronomerna lär sig mer om galaxerna så flyter klassificeringarna ihop.

– Det blir allt svårare att säga att det finns den och den typen. Vi vet till exempel idag att Vintergatan och Andromeda ser väldigt olika ut. De nya dvärggalaxerna man hittar nu liknar mer och mer de klotformiga stjärnhopar som kretsar kring många galaxer. Vi vet också att det fortfarande ramlar in smågalaxer i Vintergatan. Men det behöver ju inte betyda att Vintergatan skapats av dvärggalaxer.

– Det skulle kunna vara så att det finns två olika populationer av dvärggalaxer. Det är till och med rätt sannolikt.

Som all god forskning har ESO-studien givit upphov till många fler frågor än den besvarade. Så nu blir det för galaxforskarna till att sikta in sig på fler dvärgar. En del av de dvärggalaxer astronomerna räknar med att hitta är faktiskt helt mörka. De består bara av gas, och inga stjärnor. Stämmer teorierna finns det betydligt fler kvar att hitta än de astronomerna hittills hittat.

ESO är en europeisk organisation för astronomisk forskning. Elva länder – däribland Sverige – deltar i ESO, som driver ett observatorium i de chilenska Anderna. Där finns ett antal instrument av olika storlek och typ, däribland de fyra sammanlänkade 8,2-metersteleskopen som utgör VLT, Very Large Telescope.