Evolution of Milky Way Galaxy Revealed by Hubble Space Telescope

Formen på Vintergatan, vårt solsystems hem, kan se lite ut som en snigel, men spiralgalaxer har inte alltid haft denna struktur, säger forskare.

I en nyligen rapporterad rapport sa ett forskargrupp att de nu vet när och hur de majestätiska virvlarna av spiralgalaxer uppstod i det unika. Galaxer kategoriseras i tre huvudtyper, baserat på deras former: spiral, elliptisk och oregelbunden. Nästan 70 procent av de närmaste Vintergatan är spiraler. Men i det tidiga universum existerade inte spiralgalaxier.

En man och hustru lag av astronomer, Debra Meloy Elmegreen vid Vassar College i Poughkeepsie, N.Y., och Bruce Elmegreen vid IBMs T.J. Watson Research Center i Yorktown Heights, N.Y., analyserade en bild från Hubble Space Telescope kallat Ultra Deep Field. Det togs över en fyra månadersperiod i slutet av 2003 och början av 2004. Bilden visar ungefär 10 000 galaxer av olika åldrar, ungefär lika gamla som universum i sig. [Galaxier av universum förklaras av typ (infografiska)]

För att analysera denna bild sorterade forskarna först galaxerna i flera grundläggande typer, "som diskliknande, klumpig, elliptisk, tadpole-form och dubbel", sa Debra Elmegreen. "Vi gjorde det för alla galaxer större än 10 pixlar i diameter, som vi trodde var stora nog att klassificera, [som kom till] omkring 1000 galaxer."

Forskarna använde sedan dessa klassificeringar för att studera den mest märkliga typen av galax, en "mycket klumpig" typ som inte längre uppstår i det nuvarande universum. Däremot fastställde forskarna att de flesta unga galaxer föddes mycket klumpiga på grund av gravitationella instabiliteter i en mycket turbulent gasrik skiva.

Därefter studerade Elmegreens Hubble Ultra Deep Field för andra gången, och undersöker nu de tadpoleformade galaxerna. Slutligen analyserade de spiralerna. "Motivationen för detta var 50-årsdagen för publiceringen av ett mycket viktigt papper om spiraltäthetsvågor i galaxer, papperet av CC Lin och Frank H. Shu," On the Spiral Structure of Disk Galaxies ", som framkom 1964 i Astrophysical Journal ", säger Bruce Elmegreen.

En kaotisk plats

Av 269 spiralgalaxer i Hubble Ultra Deep Field analyserade forskarna 41. De kasserade galaxer när det var omöjligt att bestämma en tydlig spiralstruktur eller när det inte fanns tillräckligt med data för att fastställa galaxens ålder. Forskarna sorterade sedan dessa 41 spiralgalaxier i fem olika typer, beroende på om de var klumpiga eller släta, väldefinierade eller inte, och antalet och klarheten i spiralarmarna de hade. Därefter katalogiserades Elmegreens egenskaperna hos varje galaxtyp, såsom dess ålder, storleken på klumparna inuti och dess ljusstyrka vid olika frekvenser.

Forskarna fann att universum var en mycket kaotisk plats i sin linda. De första galaxerna var skivor med massiva, ljusa, stjärnbildande klumpar och liten regelbunden struktur. För att utveckla de snygga spiralformerna som vi ser idag måste galaxerna först sätta sig ner, eller "coola" från den tidigare kaotiska fasen. Denna utveckling tog flera miljarder år.

Gradvis skulle galaxerna som skulle bli spiraler förlorade de flesta av sina stora klumpar, och en central, ljus utbuktning skulle dyka upp. de mindre klumparna i galaxen skulle börja bilda otydliga "ulliga" spiralarmar.

Dessa armar skulle bara bli mycket tydliga armar när universum var cirka 3,6 miljarder år gammal. På den tiden, då galaxerna hade en chans att slå sig ner, minskade turbulensen, och nya stjärnor skulle bildas på en mycket tystare disk. "Vi kan se övergången från det tidiga kaotiska tillståndet till det moderna, avslappnade staten", säger Bruce Elmegreen.

Dessa första spiralgalaxer var antingen tvåarmade strukturer eller hade tjocka, oregelbundna spiraler med några kvarvarande klumpar. Mer finstrukturerad, flervärjd galaxer som Vintergatan och dess granne Andromeda verkade mycket senare när universum var 8 miljarder år gammal.

Därefter planerar forskarna att analysera andra undersökningar för att få en bredare bild av galaxerna som helhet, inklusive deras övergripande massor, allmänna morfologier och fördelning i rymden. "Vi är intresserade av de inre strukturerna i dessa galaxer, inklusive stjärnformationsstrukturer och spiralarmstrukturer," sa Bruce Elmegreen. [Se fantastiska bilder tagna av Hubble rymdteleskopet]

Stoppa av dina spiralarmar och fett upp din bulge - det är dags att knacka in i din inre galax för att testa dina smarts om Vintergatan. Vårt hem i rymden är en konstig och underbar plats som forskare fortfarande försöker lista ut. Se vad du vet!Kokonger och fjärilar

"Studier av dessa interna strukturer kräver högsta möjliga vinkelupplösning och exponeringsdjup, och hittills är det svårt att konkurrera med Advanced Camera for Survey-bilderna på Hubble Ultra Deep Field," tillade han. "I framtiden vill vi försöka utöka vår analys till andra områden så att vi kan inkludera fler galaxer, i den mån det är möjligt."

Kartik Sheth, en astronom vid National Radio Astronomy Observatory i Charlottesville, Va., Som inte var inblandad i studien, kallade forskningen "en annan användbar information för att förstå den detaljerade sammansättningen av [galaktiska] diskar".

Han tillade dock att resultaten hade vissa begränsningar. "Vi antar att samma kriterier som vi tillämpar för att mäta och förstå stellarstrukturer lokalt, är också tillämpliga i det avlägsna förflutna," sade Sheth.

"Det här är okej, men tänk på att om vi letar efter fjärilar, och galaxer var kokonger vid en tidigare tidpunkt," sa han. "Vi skulle få ett felaktigt resultat.Så omhändertagande måste tas med för att förstå valmöjligheter. "

Fortfarande, sade Sheth, forskningen är "ganska intressant och viktig." Och när Hubbles efterträdare, James Webb Space Telescope, lanserar, "vi kommer verkligen att kunna nagla allt detta, för vi kommer att ha samma upplösning vid längre våglängder som vi nu har med Hubble i optiken."