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.
