Die Zusammensetzung von Gasen und Mineralien in der Milchstraße ist nicht wie erwartet

Wolken und Ströme unberührten kosmischen Gases (Magenta) sammeln sich in der Milchstraße an, aber dieses Gas vermischt sich nicht effizient in der galaktischen Scheibe, wie in der Sonnenregion (Vergrößerung) gezeigt. Bildnachweis: © Dr. Mark A. Garlick

Astronomen der UNIGE beobachteten die Zusammensetzung von Gasen in unserer Galaxie und zeigten, dass diese im Gegensatz zu den bisher aufgestellten Modellen nicht homogen vermischt sind.

Um die Geschichte und Entwicklung besser zu verstehen MilchstraßeAstronomen untersuchen die Zusammensetzung der Gase und Mineralien, die ein wichtiger Bestandteil unserer Galaxie sind. Drei Hauptelemente stechen hervor: Primärgas von außerhalb unserer Galaxie, interstellares Gas innerhalb unserer Galaxie – angereichert mit chemischen Elementen – und Staub aus der Kondensation von Mineralien in diesem Gas. Bisherige theoretische Modelle gingen davon aus, dass sich diese drei Elemente in der Milchstraße homogen vermischten und eine ähnliche chemische Anreicherung wie die Sonne erreichten, die als Sonnenmineral bezeichnet wird.

Heute erklärt ein Team von Astronomen der Universität Genf (UNIGE), dass diese Gase nicht so stark eingemischt werden wie bisher angenommen, was einen starken Einfluss auf das aktuelle Verständnis der Galaxienentwicklung hat. Daher müssen Simulationen der Entwicklung der Milchstraße modifiziert werden. Diese Ergebnisse sind im Journal nachzulesen Temperieren Sie die Natur.

Galaxien bestehen aus einer Gruppe von Sternen und bestehen aus einer Kondensation von intergalaktischem Medium, hauptsächlich Wasserstoff und etwas Helium. Dieses Gas enthält im Gegensatz zu Gas in Galaxien keine Metalle – in der Astronomie werden alle chemischen Elemente, die schwerer als Helium sind, zusammen als „Metalle“ bezeichnet, obwohl es sich um Atome in gasförmiger Form handelt.

Erklärt Annalisa De Cia, Professorin am Institut für Astronomie der Fakultät für Naturwissenschaften der UNIGE und Erstautorin einer Monographie. Gleichzeitig verbrennen Sterne den Wasserstoff, der sie ihr ganzes Leben lang bildet, und bilden durch Nukleosynthese andere Elemente.

Wenn ein Stern, der das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat, explodiert, stößt er die von ihm produzierten Mineralien wie Eisen, Zink, Kohlenstoff und Silizium aus und speist diese Elemente in galaktisches Gas ein. Diese Atome können dann vor allem in den kälteren und dichteren Teilen der Galaxie zu Staub kondensieren.

Als die Milchstraße vor mehr als 10 Milliarden Jahren entstand, hatte sie zunächst keine Mineralien. Dann reicherten die Sterne die Umgebung nach und nach mit den von ihnen produzierten Mineralien an.“ Wenn die Menge an Mineralien in diesem Gas das Niveau der Sonne erreicht, sprechen Astronomen von solarer Metallizität.

heterogenes Umfeld

So sammelt die Umgebung der Milchstraße Mineralien, die von Sternen produziert werden, Staubpartikel, die aus diesen Mineralien gebildet werden, sowie Gase von außerhalb der Galaxie, die regelmäßig in sie eindringen.

Erklärt Patrick Pettijian, Forscher am Astrophysikalischen Institut in Paris, Universität Sorbonne. „Wir wollten dies im Detail mit einem Ultraviolett-Spektrometer auf Hubble-Weltraumteleskop. „

Die Spektroskopie ermöglicht es, Licht von Sternen durch ihre individuellen Farben oder Frequenzen zu trennen, beispielsweise durch ein Prisma oder einen Regenbogen. In diesem zerfallenden Licht interessieren sich Astronomen besonders für Absorptionslinien: „Wenn wir einen Stern beobachten, absorbieren die Mineralien, aus denen das Gas zwischen dem Stern und zwischen uns besteht, einen sehr kleinen Teil des Lichts auf charakteristische Weise mit einer bestimmten Frequenz , wodurch wir nicht nur ihre Anwesenheit bestimmen können, sondern auch, um welches Metall es sich handelt und wie häufig es vorkommt“, fährt er fort.

Für das Total Mineral Monitoring wurde eine neue Methode entwickelt

25 Stunden lang beobachtete das Wissenschaftlerteam die Atmosphäre von 25 Sternen mit Hubble und sehr großes Teleskop (VLT) in Chile. das Problem? Staub kann mit diesen Spektrometern nicht gezählt werden, obwohl er Mineralien enthält. Deshalb entwickelte das Team von Annalisa De Cia eine neue Beobachtungsmethode. „Dazu gehört die Berücksichtigung der Gesamtzusammensetzung von Gas und Staub durch die gleichzeitige Beobachtung mehrerer Elemente wie Eisen, Zink, Titan, Silizium und Sauerstoff“, erklärt der Genfer Forscher. „Dann können wir die Menge an Mineralien im Staub zurückverfolgen und sie zu der Menge addieren, die bereits durch vorherige Beobachtungen bestimmt wurde, um die Summe zu erhalten.“

Dank dieser dualen Beobachtungstechnik haben Astronomen herausgefunden, dass die Umgebung der Milchstraße nicht nur heterogen ist, sondern dass einige der untersuchten Regionen nur bis zu 10 % metallisch in der Sonne sind. „Diese Entdeckung spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung theoretischer Modelle zur Entstehung und Entwicklung von Galaxien“, sagt Jens-Kristian Krogager, Forscher in der Abteilung Astronomie der UNIGE. „Von nun an müssen wir unsere Simulationen verbessern, indem wir die Genauigkeit erhöhen, damit wir diese Mineralveränderungen an verschiedenen Stellen der Milchstraße einbeziehen können.“

Diese Erkenntnisse haben einen starken Einfluss auf unser Verständnis der Entwicklung von Galaxien und insbesondere auf unser Wissen. Tatsächlich spielen Mineralien eine wesentliche Rolle bei der Bildung von Sternen, kosmischem Staub, Partikeln und Planeten. Heute wissen wir, dass aus Gasen sehr unterschiedlicher Zusammensetzung neue Sterne und Planeten entstehen können.

Referenz: „Große metallische Unterschiede im interstellaren galaktischen Zentrum“ 8. September 2021 Hier erhältlich. Temperieren Sie die Natur.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03780-0