Rumobservatoriet Gaia har ændret vores billede af Mælkevejen

Nu er det europæiske rumobservatorium Gaia omsider kommet på pension.

Det har aldrig været så kendt som Hubble eller James Webb, og det er egentlig synd, for de observationer, Gaia har foretaget, har været mindst lige så vigtige som dem, der er foretaget af de to mere berømte observatorier.

Gaia har koncentreret sig om Mælkevejens stjerner og ikke om fjerne galakser, og de resultater, der allerede nu er kommet, har vist, at det har været en god plan.

Vi har fået en ny viden om Mælkevejens historie, og hvorfor Mælkevejen tilsyneladende er 'skæv', og målingerne er endda blevet brugt til at fremsætte en teori om, at supernovaer har været årsag til nogle af de fem store masseudryddelser af det meste liv på Jorden.

Alt dette er sket, uden at Gaia har taget et eneste flot billede af Mælkevejen. Til gengæld har den fyldt computere her på Jorden med enorme mængder data, som man stadig er ved at grave sig igennem – og man regner ikke med at være færdig før omkring 2030.

Hver gang, Gaia har observeret en stjerne, har den i stedet for billeder foretaget tre målinger, nemlig:

• Præcis måling af stjernens position på himlen
• Hvor hurtigt stjernen bevæger sig hen mod os eller bort fra os (radialhastigheden)
• Hvor meget lys stjernen udsender i forskellige bølgelængdeområder

Disse målinger er gemt på store computere, som har brugt de indsamlede data til at beregne stjernens afstand, samt hvor hurtigt og hvordan den bevæger sig i Mælkevejen.

Resultatet af beregningerne ender så i store stjernekataloger, som er uhyre vigtige for forskningen, simpelthen fordi de har en kvalitet, der er langt bedre, end vi kan opnå ved observationer her fra Jorden.

Historien om de store sammenstød

Gaia har leveret data, der viser, hvordan vores Mælkevej langsomt er blevet opbygget ved at opsluge mindre galakser. Det er sket i samarbejde med astronomer her på Jorden, hvor man har kombineret målinger her fra Jorden med data fra Gaia, som har leveret præcise målinger af afstande og bevægelse af de stjerner, astronomerne har observeret.

Resultatet er, at man nu kender 12 såkaldte 'stjernestrømme', der er samlinger af stjerner, som alle bevæger sig på samme måde rundt om Mælkevejens centrum. At banerne er næsten ens, er et tydeligt tegn på, at stjernestrømmen stammer fra en opslugt dværggalakse.

Kortlægning af stjernestrømme er en af grundpillerne i det, man kunne kalde for 'galaktisk arkæologi', hvor man søger at danne et billede af Mælkevejens udvikling gennem måske 13 milliarder år.

Galaktisk arkæologi kan afsløre detaljerne i denne proces, for eksempel om vores galakse har opslugt grupper af galakser på én gang.

Gaias bidrag til studiet af stjernestrømme begyndte allerede et par år efter Gaias opsendelse i 2013. Man havde indsamlet data for syv millioner stjerner. Det viste sig hurtigt, at 30.000 af disse stjerner bevægede sig gennem rummet på en meget speciel måde, nemlig i modsat retning rundt om Mælkevejens centrum end alle andre stjerner.

Og ikke nok med det: Deres baner var ikke næsten cirkulære som normalt, men meget aflange.

Det endelige gennembrud kom, da man ud fra en computersimulation af et galaksesammenstød kunne se, at resultatet ville blive en strøm af stjerner, nøjagtigt som Gaia havde observeret.

Den galakse, som for milliarder af år siden var stødt ind i vores langt større Mælkevej, er for længst gået i opløsning – og tilbage er nu kun strømme af stjerner i mærkelige baner i Mælkevejen.

Den nu forsvundne galakse har fået navnet Gaia-Enceladus, og den har været ganske stor, måske 1/10 af Mælkevejens nuværende størrelse. Men da sammenstødet skete, var vores Mælkevej meget mindre end nu, så størrelsesforholdet har nok været, at Mælkevejen dengang kun var fire gange større end Gaia-Enceladus.

Den skæve Mælkevej

Vi forestiller os altid Mælkevejen som en flad skive, men det er ikke helt sandt. For omkring 70 år siden opdagede man, at skiven var lidt skæv. Den bøjede lidt 'nedad' i den ene side og lidt 'opad' i den anden side. Det kunne man dengang ikke forklare, men nu har Gaia kastet nyt lys over mysteriet.

Ved at følge stjernernes bevægelse over en periode på 10 år har det nemlig vist sig, at 'skævheden' ikke ligger stille, men kredser om Mælkevejens centrum med en omløbstid på mellem 600 og 700 millioner år.

Computerberegninger viser, at en sådan opførsel netop er, hvad man kan forvente, hvis skævheden er opstået som følge af et galaksesammenstød – og det sammenstød har måske haft enorm betydning for os, da det kan have ført til Solsystemets dannelse.

Som i en detektivroman fandt man efterhånden frem til en hovedmistænkt, nemlig en dværggalakse ved navn Sagittarius, der blev opdaget i 1994, altså længe før Gaia blev opsendt. Det er i dag en ret lille galakse på kun 1/10 af Mælkevejens størrelse, som kredser i en polar bane, der gentagne gange fører Sagittarius tværs gennem Mælkevejens skive.

Igen blev computerne sat på arbejde, og de viste, at disse sammenstød skabte strømme af stjerner ligesom Gaia-Enceladus-sammenstødet. Ved hver passage gennem skiven mistede Sagittarius på denne måde stjerner, så man kan sige, at Mælkevejen gradvist er ved at opsluge den lille galakse.

Men så kom den store overraskelse:

Fra modelberegninger vidste man, at Sagittarius havde passeret gennem Mælkevejens skive tre gange - første gang for 5-6 milliarder år siden, anden gang for omkring 2 milliarder år siden og sidste gang for en milliard år siden.

Hver gang, det skete, blev gassen mellem stjernerne i Mælkevejen påvirket – der blev så at sige skabt krusninger i de enorme gasskyer, hvorfra nye stjerner dannes.

Der, hvor gasskyerne presses sammen, vil der dannes nye stjerner, og det kunne Gaia bekræfte. De indsamlede data viste nemlig en forøget stjernedannelse for 5,7 milliarder år siden, og igen for 1,9 milliarder år siden og endelig for en milliard år siden – netop på de tidspunkter hvor galaksen Sagittarius passerede gennem galaksens skive.

Vi kan ikke vide det med sikkerhed, men det er en mulighed at, Solens dannelse for 4,6 milliarder år siden kan være et lidt forsinket resultat af den første passage af Sagittarius gennem Mælkevejen.

Gaia og livet på Jorden

En af de mest overraskende artikler, der er blevet skrevet på grundlag af data fra Gaia, handler om de store masseudryddelser af livet her på Jorden.

Vi har kendskab til fem sådanne masseudryddelser, hvor et meget betydeligt antal arter er forsvundet på geologisk set meget kort tid.

Teorier til at forklare masseudryddelser spænder fra jordiske årsager, som vulkanudbrud og katastrofale miljøændringer, til asteroidenedslag eller måske supernovaudbrud. Den eneste masseuddøen, hvor vi med sikkerhed kender årsagen, er da dinosaurerne pludseligt forsvandt for 66 millioner år siden. Her var årsagen nedslaget af en 10 km stor asteroide.

Der har været andre masseudryddelser af liv, og her har interessen samlet sig om to begivenheder for henholdsvis 372 og 445 millioner år siden, hvor årsagen er mindre klar.

Men nu har et team af forskere kommet med en teori baseret på Gaia-data om, at årsagen her kan være udbrud af supernovaer, som dengang var forholdsvis tæt på Jorden.

Masseudryddelsen for 445 millioner år siden dræbte 85 procent af alle arter, på et tidspunkt hvor livet stort set var begrænset til havet, mens udryddelsen for 372 millioner år siden udslettede omkring 70 procent af alle arter, inklusive nogle af de tidligste grupper af fisk, der findes i fossilregistret.

Man må nok indrømme, at forbindelsen til Gaia er lidt teoretisk, men åbenbart god nok til, at teorien er blevet omtalt i det engelske tidsskrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Grundlæggende brugte astronomerne Gaias data til at beregne, hvor mange supernovakandidater der har været tæt nok på til at kunne anrette stor skade på Jorden, for eksempel ved at ødelægge ozonlaget, så ultraviolet lys har kunnet nå helt ned til Jordens overflade samt skabe syreregn.

De fandt ud af, at antallet af supernovakandidater inden for en 'faregrænse' på omkring 65 lysår de sidste mange millioner år var lavere end forventet og af en størrelse, som godt kunne passe med det observerede antal masseudryddelser.

Alexis Quintana, artiklens hovedforfatter og postdoc-forsker i astrofysik og astronomi ved Universitetet i Alicante i Spanien, skriver selv i en mail til tidsskriftet Forbes:

»Vi beregnede en supernova-hyppighed inden for faregrænsen på omkring 2,5 supernovaer over en periode på en milliard år. Dette har understøttet synspunktet om, at nærliggende supernovaeksplosioner kunne være årsagen til en eller flere af Jordens registrerede masseuddøener.«

Teorien er såmænd logisk nok, men beviser mangler. Og de kan godt lade vente på sig, for det er næsten umuligt med sikkerhed at sige, hvad der skabte en masseuddøen på Jorden for mange millioner år siden – vi har været meget heldige med at kunne finde beviserne for asteroidenedslaget for 65 millioner år siden.

Vi kan kun sige, at vi lever i et farligt univers, som heldigvis ikke er så farligt, at liv i hvert fald mindst et sted har kunnet nå at opstå og udvikle sig over en periode på milliarder af år.