Olhando para o céu estrelado, o universo profundo parece silencioso e misterioso. É difícil imaginar que a antiga galáxia anã Enceladus colidiu violentamente e foi dilacerada por nossa própria galáxia, a Via Láctea, deixando para trás os gritos de toda uma nova geração de crianças do gigante de cem mãos.

Recentemente, CIÊNCIA CHINA:Física, Mecânica e Astronomia publicou um artigo (Editor's Focus) intitulado "Estrelas ricas em metal de baixo α com cinemática de salsicha na pesquisa LAMOST:São da Galáxia Gaia-Salsicha-Enceladus?" co-autoria de Gang Zhao e Yuqin Chen, pesquisadores dos Observatórios Astronômicos Nacionais, Academia Chinesa de Ciências. O artigo descreve o tortuoso processo de como a galáxia anã Gaia-Sausage-Enceladus (GSE) desapareceu misteriosamente em um grande evento de fusão que ocorreu há muito tempo no início da história da Via Láctea, e conta a história de como os autores procuram suas estrelas-membro por meio de um método de exploração de caminhos múltiplos. Simultaneamente, dois comentários do Prof. Yipeng Jing da Shanghai Jiao Tong University e do Prof. Zhanwen Han do Yunnan Observatory foram publicados.

Danças com lobos - o acúmulo de IGE pela Via Láctea

Na família cósmica, existem galáxias massivas, como a Via Láctea e a galáxia de Andrômeda, mas mais numerosos são os membros da galáxia anã, como Sagitário, as Nuvens de Magalhães, e GSE. Em sua longa história evolutiva, a Via Láctea está em constante interação, colidindo, e eventualmente se fundindo com galáxias anãs próximas, levando à formação de muitas subestruturas. Em 2018, o satélite Gaia da Agência Espacial Europeia detectou a chamada estrutura 'Gaia-Salsicha' no espaço de velocidade, que são os destroços da galáxia anã GSE depois de 'dançar' com a Via Láctea. Simulações numéricas revelaram que a galáxia anã GSE colidiu frontalmente com a Via Láctea e foi enterrada nas profundezas do Centro Galáctico há 10 bilhões de anos. A forte força de impacto nas estrelas do disco "aquecido" maior respingo até o halo galáctico, acima de 4 kpc do plano galáctico. Este é o maior evento de fusão na história antiga da Via Láctea. Esta descoberta é um marco no campo de pesquisa da formação e evolução de galáxias.

Estar em direção à morte - fusão GSE traz nova vitalidade para a galáxia

Depois que a galáxia anã GSE caiu na Via Láctea, esta família foi completamente dissolvida, e é difícil encontrar suas estrelas-membro no espaço. Em busca dessas estrelas desaparecidas, O Prof. Gang Zhao propôs uma exploração de múltiplos caminhos nos escombros de GSE com base na pesquisa LAMOST, que abriu um novo caminho para encontrar as marcas de fusão no espaço de velocidade, espaço orbital, e o espaço químico, combinando as forças de dois grandes levantamentos espectrais e astrométricos. Com base em dados LAMOST e Gaia, ele e seu colega escolheram possíveis estrelas de membros do IGE no espaço de velocidade. Em seguida, eles adotaram abundâncias químicas como um teste de DNA para identificação de membros, uma vez que a composição química não varia com as posições ou movimentos estelares. No total, eles identificaram 1534 estrelas-membro ricas em metal de baixo α de GSE entre os 8 milhões de estrelas dos dados do LAMOST. Esta é a primeira descoberta de um componente rico em metais de baixo α da galáxia GSE. Este componente recém-descoberto se estende naturalmente a partir do componente pobre em metal detectado anteriormente.

Eles calcularam as distribuições espaciais e estimaram as idades dessas estrelas membros. Surpreendentemente, as estrelas são jovens, mas alcance a 4 kpc acima do plano galáctico. Desde o evento de fusão GSE aconteceu há 10 bilhões de anos, quando essas estrelas membros nem nasceram, é impossível que o processo "splash" possa trazer estrelas do disco para posições tão altas. Isso causou dúvidas sobre a imagem anterior do processo de fusão do GSE. Zhao e Chen sugeriram que essas estrelas-membro ricas em metal de baixo α não haviam passado pelo processo de respingo, mas foram recém-formadas a partir do gás rico em metal da fusão GSE durante a evolução subsequente. Esta sugestão é consistente com a simulação hidrodinâmica de Amarante et al. que produz a química do disco bimodal. Observacionalmente, este trabalho prova que a galáxia anã GSE é um análogo grosseiro semelhante à Via Láctea, que atualiza nossa compreensão da evolução química da galáxia GSE.

A fusão da GSE até é essencial para a evolução da Via Láctea. Não só trouxe estrelas membros do GSE com uma composição química diferente, mas também mudou a distribuição das estrelas na Via Láctea. O que mais, trouxe gás rico em metais e desencadeou a formação de uma nova estrela, irradiando nova vitalidade na Via Láctea.

Futuro promissor - unindo as mãos para construir a casa da Via Láctea e marchar em direção à galáxia de Andrômeda

A fim de verificar a química do disco bimodal da galáxia GSE, os autores estudaram a distribuição no espaço orbital de estrelas membro ricas em metal GSE que compartilham a mesma velocidade, mas uma química diferente. Verificou-se que ambas as estrelas ricas em metais α alta e α baixa exibem os mesmos aglomerados e tiras, o que sugere que todos eles são agregados a partir de GSE e respondem ao potencial gravitacional galáctico da mesma maneira. Interessantemente, a faixa densa em Zmax =3-5 kpc forma uma transição disco-halo clara a 4 kpc do plano galáctico.

Como a fusão GSE formou essa transição? Isso se deve ao efeito observacional causado pela velocidade única das estrelas membros do GSE sob a influência do potencial gravitacional da Via Láctea. Uma vez que os membros do GSE têm rotação quase zero e suas velocidades verticais em Zmax (o ponto mais alto em suas órbitas) também são zero, eles passam mais tempo em Zmax do que em outras posições (velocidade diferente de zero), levando a um empilhamento de estrelas a | Z | ~ 4 kpc. É como carros na estrada. Quando você está preso em um engarrafamento, a velocidade é muito baixa, e você pode ver muitos carros agrupados, enquanto poucos carros são mostrados em um determinado local onde a velocidade é alta. Como um grande número de estrelas membros do GSE têm Zmax =3-5 kpc, observamos uma região de alta densidade em | Z | ~ 4kpc. Uma vez que suas velocidades radiais não são nem zero nem idênticas, o que vemos não é um aglomerado, mas uma longa tira.

Por que essa transição disco-halo não pode ser causada por outras galáxias anãs? A transição depende não apenas das características de velocidade e massa da galáxia anã, mas também a massa da Via Láctea e o momento em que ocorreu o evento de fusão. Como o GSE gira em velocidade zero e colide de frente com a Via Láctea, além de responder continuamente ao potencial gravitacional da Via Láctea, suas estrelas membros mostram esta característica orbital única. Outras galáxias anãs provavelmente produziram aglomerados em outros lugares. Por exemplo, a galáxia anã de Sagitário fundiu-se com a Via Láctea em uma inclinação inferior, e suas estrelas-membro agrupadas no apogeu de suas órbitas a cerca de 30 kpc, que é considerada a transição entre o halo interno e externo da Via Láctea. Uma vez que outras galáxias anãs não têm as características orbitais do GSE e não contribuem para a transição | Z | =4 kpc, concluímos que é uma marca deixada apenas pelo evento de fusão GSE.

Durante décadas, 4 kpc foi adotado como a transição disco-halo sem se saber o motivo de sua formação. Esta é a primeira vez que revela o mecanismo físico pelo qual o evento de fusão GSE causa a separação aparente do halo galáctico e do disco a 4 kpc. É um retrato verdadeiro dos filhos do gigante de cem mãos (GSE) trabalhando juntos para construir nossa casa na Via Láctea.

Hora extra, os descendentes do GSE e os habitantes da Galáxia se fundiram e se tornaram indistinguíveis em posição, cinemático, e espaço químico. Sob a atração da gravidade, eles marcham em direção à distante galáxia de Andrômeda. De acordo com a última simulação numérica, nossas gerações futuras serão capazes de testemunhar a colisão espetacular das duas grandes galáxias de perto e pessoalmente em 4 bilhões de anos. Eventualmente, nossa Via Láctea e Andrômeda se fundirão para se tornar uma nova galáxia, mas espera-se que nosso sistema solar sobreviva neste evento de fusão.

O futuro Telescópio da Estação Espacial China (CSST) de 2 metros tem grandes vantagens na busca sistemática de marcas deixadas pelo GSE e no estudo das interações entre a Via Láctea e a galáxia de Andrômeda. Se você estiver interessado em mais histórias de colisões e fusões de galáxias, fique ligado para mais revelações do projeto CSST no futuro.