A Tejútrendszer hatalmas: egy 120 ezer fényév átmérőjű lapos korong, amelyet egy 2 millió fényév átmérőjű halo övez. Utóbbi egy csillagokból és sötét anyagból álló, nagyjából gömböt formáló felhő. A halo azonban nem volt mindig ekkora, a galaxis fejlődése során folyamatosan növekedett, mégpedig olyan módon, hogy anyagot vont el más rendszerekből.
A galaxisok ugyanis más galaxisokkal táplálkoznak, illetve szakmaibban fogalmazva ütköznek és összeolvadnak egymással. Ha az egyik galaxis nagyobb a másiknál, bekebelezi az utóbbit, és a két rendszer egy idő után szinte megkülönböztethetetlenné válik. Szinte, de azért mindig maradnak nyomok, ha jó helyen keresik őket.
A Tejútrendszer utolsó nagy összeolvadása egy másik rendszerrel 10 milliárd évvel ezelőtt történt, és azért tudunk róla, mert a másik galaxisból be nem kebelezett, összefüggő darabok keringenek saját csillagrendszerünkben.
Ezt 2018-ban fedezték fel a szakértők, amikor a Gaia űrtávcső észlelési adatait elemezték. A Gaia több mint egymilliárd csillag pozícióját, mozgását és távolságát vizsgálja rendszeresen, ezek alapján pedig minden eddiginél pontosabb pályákat lehet felvázolni a kérdéses égitestek kapcsán.
Ennek során találtak egy elnyúlt formájú csillagcsoportot, amely nagyon hasonlóan mozog a galaktikus centrumhoz képest. A struktúra a Gaia Sausage, vagyis Gaia-kolbász nevet kapta, a galaxis pedig, aminek a maradványa, a Gaia-Enceladus. A csillagászok természetes módon szeretnének minél többet megtudni erről az egykori csillagrendszerről és a Tejútrendszerrel való ütközéséről. Például hogy ez mikor történt, mennyi ideig tartott és mennyire volt nagy méretű az eredeti galaxis.
Frontális karambol
Egy csillagászcsoport nemrégiben új információkat tárt fel a fenti kérdésekkel kapcsolatban. Megalkottak egy sor szimulációt, amelyek a Tejútrendszer és a Gaia-Enceladus ütközését és összeolvadását modellezik, és megnézték, hogy ezek közül melyik illeszkedik a legjobban az észlelési adatokhoz. Az eredményekről nemcsak az ütközésre vonatkozóan derültek ki újdonságok, de saját galaxisunk szerkezetének alakulásával kapcsolatban is.
A csillagászok a H3 Stellar Spectroscopic Survey nevű égboltfelmérési program adatait használták. Utóbbi során az arizonai MMT távcső, egy 6,5 méteres műszer 200–300 ezer olyan csillag pozícióját és gyorsulását monitorozza, amelyek a Tejútrendszer halójában találhatók 10–300 ezer fényévre a galaxis központjától. A projekt önmagában is egészen lenyűgöző, hiszen rendkívül távoli és halvány csillagok is vannak a megfigyeltek között. Az égitestek mozgásának vizsgálata ráadásul nagyon izgalmas dolgokra világított rá azzal kapcsolatban is, hogyan befolyásolta létüket az ütközés.
A szimulációk során a kutatók egy sor különböző verziót futtattak le széles határok között változtatva az ütköző csillagrendszerek tömegét, a Gaia-Enceladus beérkezési irányát és más tényezőket.
A végén a legjobban az a modell illeszkedett a H3-projekt adataihoz, amelyben a beérkező galaxis 500 millió naptömegnyi csillagot és 200 milliárd naptömegnyi sötét anyagot tartalmazott.
Összevetésképpen a Tejútrendszer jelenlegi össztömege 700 milliárd naptömeg, vagyis már 10 milliárd évvel ezelőtt is jelentősen nehezebb volt a másik galaxisnál.
Ami a galaxisok pozícióját illeti, a szimulációk alapján a Gaia-Enceladus retrográd irányban találhatta el a Tejútrendszert, vagyis a galaktikus korong forgásával ellentétes irányból érkezett, így az ütközés frontális volt. A kisebbik galaxisból származó csillagok még a mai napig is retrogárd irányba keringenek. A másik galaxis forgása is ellentétes volt a Tejútrendszerével. Az ütközés alacsony, a Tejútrendszer fő síkjához képest 15 fokos szögben történt. A galaxisok központi régiói először túlszaladtak egymáson, majd a Tejútrendszer ismét magához rántott a másik rendszer magját, közben jelentősen szétcincálva azt.
Sűrűsödések és ritkulások
A másik galaxisról először annak külső csillagait hántotta le a Tejútrendszer erősebb gravitációja. Saját galaxisunk halójának belső részét jelentősen átformálta az esemény: ez ahelyett, hogy gömböt formálna, egy úgynevezett triaxiális ellipszoid, vagyis nagyjából egy enyhén összenyomott tojásra hajaz. A tojás hosszú tengelye 35 fokban van megdöntve a Tejútrendszer fő síkjához képest.
Ez rögtön magyarázatot is ad egy érdekes dologra. Amikor egy objektum elliptikus pályán halad, annak közeli részein gyorsabban, a távoliakon lassabban halad. Ha sok-sok objektum kering egy ilyen pályán, ezek hajlamosak felhalmozódni annak távoli részein. Galaxisunkban két szokatlanul sűrű régiót tartanak nyilván a csillagászok: ezek a Hercules-Aquila-felhő és a Virgo-sűrűsödés (mindkettő azon csillagképekről kapta a nevét, amelyek irányában látszik).
A szimulációk alapján mindkét régióban a Gaia-Enceladus csillagai vannak, amelyek pályájuk távoli részein felhalmozódtak.
Az egyik sűrűsödés annak nyomán jött létre, amikor a Gaia-Enceladus először átrohant a Tejútrendszeren, a másik pedig amikor a gravitáció miatt visszarántódott a galaktikus központ felé. Mindez még inkább megerősíti, hogy az ütközés modellezése helyes, két független nyomot is adva a kozmikus baleset rekonstruálására.
A szakértők további, kevésbé látványos jeleket is találtak, amelyek mind alátámasztják az ütközéssel kapcsolatos új elképzeléseket, és segítenek megvilágítani annak részleteit. Az új információk alapján a galaxisok összeolvadása 10 milliárd évvel ezelőtt kezdődött és 2 milliárd évig tartott. Eddigre a Gaia-Enceladus csillagainak nagy része betagozódott a Tejútrendszer rendjébe. A másik galaxis ugyanakkor jelentősen hozzátett a Tejútrendszerhez: a halo sötét anyagának 20 százaléka, csillagainak pedig fele származik a Gaia-Enceladusból.
A jövő újabb válaszokat rejt
Az új kutatás nagy előnye, hogy a szakértők a múlttal kapcsolatos szimulációkon túl olyan jóslatokat is megfogalmaztak, amelyek idővel észleléssel is ellenőrizhetők lehetnek. Például ha az általuk felvázolt modell helyes, akkor halo anyagában két lyuknak, vagyis nagyon alacsony sűrűségű régiónak is lennie kell. Az egyik 50 ezer, a másik 100 ezer fényévre lehet a Tejútrendszer központjától.
Ezek a hiányos régiók a sűrűsödések létrejöttét segítőkkel ellentétes gravitációk folyamatok nyomán formálódtak, vagyis miközben a sűrűsödésekben felgyűltek a csillagok, másutt megritkultak. Egy másik előrejelzés szerint pedig a külső halonak nagyjából 10 százalékát kellene tartalmaznia a másik galaxis tömegének egy szintén retrográd irányú csillagfolyam formájában.
Bár ezeket a jóslatokat jelenleg még nem lehetséges megfigyelésekkel ellenőrizni, ahogy egyre jobb távcsövekkel figyeljük az eget, egyre távolabbra látunk majd, így előbb-utóbb megerősítést nyerhet, hogy a kutatók jól gondolják-e. És ha ezek a megfigyelések is meglesznek, újabb részletek derülhetnek ki az ütközés menetéről, amelyek újabb, még részletesebb szimulációkat eredményezhetnek, feltárva ennek az izgalmas, saját galaxisunkat alaposan átformáló eseménynek a menetét.
