Wie viele andere Spiralgalaxien im Universum besteht die Milchstraßengalaxie aus zwei scheibenartigen Strukturen - der dünnen Scheibe und der dicken Scheibe. Die dicke Scheibe, die die dünne Scheibe umhüllt, enthält etwa 20% der Sterne der Milchstraße und wird aufgrund der Zusammensetzung ihrer Sterne (die eine größere Metallizität aufweisen) und ihrer geschwollenen Natur als die ältere des Paares angesehen.
In einer kürzlich durchgeführten Studie verwendete ein Team von 38 Wissenschaftlern unter der Leitung von Forschern des australischen ARC-Kompetenzzentrums für All-Sky-Astrophysik in drei Dimensionen (ASTRO-3D) Daten aus dem Ruhestand Kepler Mission, Sternbeben in der Milchstraße zu messen. Daraus haben sie die offiziellen Schätzungen zum Alter der dicken Scheibe der Milchstraße überarbeitet, von der sie schließen, dass sie etwa 10 Milliarden Jahre alt ist.
Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt - mit dem Titel "The K2-HERMES Survey: Alter und Metallizität der dicken Scheibe" - erschien kürzlich in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Das Forschungsteam wurde von Dr. Sanjib Sharma vom Sydney Institute for Astronomy und dem ARC-Kompetenzzentrum für dreidimensionale Astrophysik in allen Himmelsrichtungen (ASTRO-3D) geleitet und bestand aus Mitgliedern mehrerer Universitäten und Forschungsinstitute.
Um das Alter der dicken Scheibe zu bestimmen, verwendeten Dr. Sharma und sein Team eine Methode, die als Asteroseismologie bekannt ist. Dies besteht darin, die durch Sternbeben verursachten Schwingungen eines Sterns zu messen, bei denen sich die Krusten von Sternen ähnlich wie bei Erdbeben plötzlich verschieben. Dieser Prozess ermöglicht es Forschern, eine „galaktische Archäologie“ durchzuführen, bei der sie auf die Entstehung der Milchstraße (vor über 13 Milliarden Jahren) zurückblicken können.
Wie Dennis Stello - außerordentlicher Professor an der Universität von New South Wales und Mitautor der Studie - erklärte, konnten sie so die inneren Strukturen eines Sterns bestimmen:
„Die Beben erzeugen Schallwellen in den Sternen, die sie klingeln oder vibrieren lassen. Die erzeugten Frequenzen sagen etwas über die inneren Eigenschaften der Sterne aus, einschließlich ihres Alters. Es ist ein bisschen so, als würde man eine Geige als Stradivarius identifizieren, indem man den Klang hört, den sie macht. "
Es ist wichtig zu beachten, dass Astronomen nicht in der Lage sind, tatsächliche „Geräusche“ zu erkennen, die von Sternen erzeugt werden. Stattdessen werden Bewegungen im Inneren eines Sterns anhand von Änderungen der Helligkeit eines Sterns gemessen. Zuvor hatten Astronomen festgestellt, dass Beobachtungen von der Kepler Die Mission stimmte nicht mit Modellen der Milchstraße überein - die voraussagten, dass die dicke Scheibe mehr Sterne mit geringer Masse besitzen würde.
Bisher war unklar, ob diese Diskrepanz auf Ungenauigkeiten in den galaktischen Modellen oder auf ein Problem bei den Auswahlkriterien der Sterne zurückzuführen war. Verwenden neuer Daten aus dem K2 Mission, Sharma und seine Kollegen fanden heraus, dass es das erstere war. Grundsätzlich gingen frühere galaktische Modelle davon aus, dass die dicke Scheibe von Sternen mit geringer Masse und geringer Metallizität besiedelt war.
Verwenden Sie jedoch die K2 Missionsdaten zur Durchführung einer neuen spektroskopischen Analyse stellten Dr. Sharma und sein Team fest, dass die in bestehende Modelle integrierte chemische Zusammensetzung falsch war, was zu ungenauen Schätzungen ihres Alters führte. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache konnten Dr. Sharma und sein Team asteroseismische Daten mit den vorhergesagten galaktischen Modellen in Einklang bringen. Wie Dr. Sharma erklärte:
"Dieser Befund klärt ein Rätsel auf ... Frühere Daten zur Altersverteilung der Sterne auf der Scheibe stimmten nicht mit den zur Beschreibung konstruierten Modellen überein, aber niemand wusste, wo der Fehler lag - in den Daten oder den Modellen. Jetzt sind wir uns ziemlich sicher, dass wir es gefunden haben. "
Seit seiner Einführung im Jahr 2009 wurden die von der Kepler Mission schlug vor, dass es viel mehr jüngere Sterne in der dicken Scheibe gab, als Modelle vorhergesagt hatten. Obwohl es nicht in erster Linie für die Durchführung der Astroarchäologie konzipiert wurde, eignet sich seine Fähigkeit, Änderungen der Helligkeit eines Sterns (angeblich aufgrund von Planetentransits) zu messen, gut zur Messung von Sternbeben.
"Sterne sind nur kugelförmige Instrumente voller Gas, aber ihre Schwingungen sind winzig, deshalb müssen wir sehr genau hinschauen", sagte Sharma. „Die exquisiten Helligkeitsmessungen von Kepler waren ideal dafür. Das Teleskop war so empfindlich, dass es das Dimmen eines Autoscheinwerfers hätte erkennen können, als ein Floh darüber lief. “
Diese Ergebnisse zeigen, dass auch nach dem Ausfall von zwei seiner Reaktionsräder im Jahr 2013 Kepler war immer noch in der Lage, wertvolle Beobachtungen als Teil seiner durchzuführen K2 Kampagne. Die Ergebnisse dieser Studie sind auch ein starker Hinweis auf die analytische Kraft der Asteroseismologie und ihre Fähigkeit, das Alter von Sternen abzuschätzen. Weitere Enthüllungen werden erwartet, da die Wissenschaftler weiterhin Daten sammeln, die von der Mission erhalten wurden, bevor sie im November 2018 ihren Betrieb einstellte.
Die Analyse dieser Daten wird mit neuen Informationen kombiniert, die vom Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA gesammelt wurden. Kepler'S spiritueller Nachfolger, der erst sieben Monate zuvor ins All kam Kepler im Ruhestand. Diese Informationen werden die Altersschätzungen für noch mehr Sterne auf der Scheibe weiter verbessern und den Astronomen helfen, mehr über die Entstehung und Entwicklung der Milchstraße zu erfahren.
