I Vintergatan finns en plats där avslocknade stjärnor samlats

 

Nu har den första kartan konstruerats som visar var många rester av en gång massiva solar som kollapsat till svarta hål och neutronstjärnor i Vintergatan nu finns. Denna ansamling av rester sträcker sig tre gånger vintergatans höjd och nästan en tredjedel av objekten har kastats ut ur galaxen helt och hållet.

"Dessa kompakta rester av döda stjärnor visar en fundamentalt annorlunda fördelning och struktur än den synliga galaxen", säger David Sweeney, doktorand vid Sydney Institute for Astronomy vid University of Sydney, och huvudförfattare till artikeln om ämnet i det senaste numret av Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Neutronstjärnor och svarta hål bildas när massiva stjärnor – mer än åtta gånger större än vår sol – tömt sitt bränsle och plötsligt kollapsar. Detta utlöser en skenande reaktion som blåser ut de yttre delarna av stjärnan i en titanisk supernovaexplosion, medan kvarvarande kärna komprimeras tills den beroende på dess massa – blir antingen en neutronstjärna eller ett svart hål.

I neutronstjärnor är kärnan så tät att elektroner och protoner tvingas kombineras på subatomär nivå till neutroner och pressa sin totala massa i en sfär som blir mindre än en ordinär stad på Jorden i diameter. Om den ursprungliga stjärnans massa är större än 25 gånger vår sols, fortsätter den gravitationsdrivna kollapsen tills kärnan är så tät att inte ens ljus kan fly ur den. Båda typerna av stjärnrester förvränger rymden, tiden och materian runt dem.

Även om miljarder av dessa måste ha bildats sedan galaxens första tid, kastas dessa exotiska kadaver med tiden ut i mörkret i den interstellära rymden genom supernovan som skapade dessa rester som därefter gled bortom synfältet och därmed kunskapen om dem för dagens astronomer tills nu.

Genom att noggrant återskapa hela livscykeln för gamla avsomnande stjärnor har forskarna konstruerat den första detaljerade kartan som visar var dessa första kadaver finns i dag. "Ett av problemen med att hitta dessa gamla objekt är att vi hittills inte haft någon aning om var vi skulle leta", säger Sydney Institute for Astronomys professor Peter Tuthill och medförfattare till tidningen. 

– De äldsta neutronstjärnorna och  svarta hålen skapades när galaxen ung och formad annorlunda än numera för att sedan utsättas för komplexa förändringar som sträckte sig över miljarder år. Det har varit en stor uppgift att modellera allt detta för att hitta dem." Nybildade neutronstjärnor och svarta hål finns kvar i dagens galax, så dessa vet man var de finns. Men de äldsta neutronstjärnorna och svarta hålen är som spöken som fortfarande hemsöker ett hus som revs för länge sedan så de är svårare att hitta.

"Det var som att försöka hitta den mytomspunna elefanternas kyrkogård", säger professor Tuthill och syftar på den plats där gamla elefanter enligt legenden går för att dö ensamma, långt ifrån sin grupp. "Rester från dessa sällsynta massiva stjärnor måste finnas där ute, men var är ett mysterium."

Sweeney tillade: " Supernovaexplosioner är asymmetriska och resterna kastas ut i hög hastighet – upp till miljontals kilometer i timmen – och i okänd och slumpmässig riktning för varje objekt."

Men ingenting i universum är under en längre tid stilla så även att veta var dessa explosiva händelser en gång skedde räcker inte utan för att finna dem i dag måste man veta hur de rört sig under miljarder år.

Sweeney säger. – Om man vet åt vilket håll en boll är slagen och hur hårt, då kan man räkna ut var den kommer att hamna. Men i rymden är föremålen och hastigheterna mycket högre. Dessutom är universum inte platt, så stjärnresterna går på komplexa banor som tränger igenom galaxen åt vilken riktning som helst.

I rymden finns det ingen friktion - så objekten saktar aldrig ner. Nästan alla rester som någonsin bildats finns fortfarande där ute och glider fram som spöken genom den interstellära rymden."

De datamodeller astronomerna byggde - tillsammans med University of Sydney Research Fellow Dr Sanjib Sharma och Dr Ryosuke Hirai från Monash University - kodade var stjärnorna föddes, var de mötte sitt explosiva slut och deras slutliga spridning när galaxen utvecklades.

Slutresultatet blev en fördelningskarta över Vintergatans stjärnnekropol.

"Det var lite av en chock", säger Dr Sharma. – Jag arbetar varje dag med bilder av den synliga delen av  galaxen vi finns i och jag förväntade mig att den galaktiska stjärnnekropolen skulle vara subtilt annorlunda, men liknande i stora drag. Jag förväntade mig inte en så radikal formförändring"

I de kartor som genereras (se bild i denna länk) har Vintergatans karakteristiska spiralarmar (se bild i denna länk översta bilden) försvunnit i den "galaktiska underjorden" (se bild i länk nedre bilden). 

Kanske än mer överraskande visar sidovyn att den galaktiska underjorden är mycket mer "uppblåst" än Vintergatan - ett resultat av kinetisk energi injicerad av supernovor som lyfter den till en gloria runt den synliga Vintergatan.

"Det kanske mest överraskande säger Dr Hirai. Är att cirka 30 procent av neutronstjärnorna kastas ut i den intergalaktiska rymden, för att aldrig återvända."

Tuthill tillade: "För mig är ett av det intressantaste vi fann i arbetet att även det lokala stjärnkvarteret runt vår sol sannolikt kommer att innehålla dessa spöklika besökare som passerar här. Statistiskt sett borde vår närmaste kvarleva bara vara 65 ljusår bort: mer eller mindre på vår bakgård, i galaktiska termer."

"Den mest spännande delen av denna forskning ligger fortfarande framför oss", säger Sweeney. "Nu när vi vet var vi ska leta utvecklar vi teknik för att gå på jakt efter dem. Jag satsar på att den 'galaktiska underjorden' inte kommer att förbli höljd i dunkel särskilt mycket längre."

Bild på Vintergatan galaxen där vi finns med vårt solsystem. Bild vikipedia.