Hoe de Webb- en Gaia-missies een nieuw perspectief bieden op de vorming van sterrenstelsels

Voor een doorbraak in de galactische archeologie gebruiken astronomen meer gedetailleerde informatie om de oorsprong van ons sterrenstelsel te traceren en om te leren hoe andere sterrenstelsels in de vroege stadia van het universum zijn ontstaan. Met behulp van krachtige ruimtetelescopen zoals Gaia en James Webb kunnen astronomen een stap terug in de tijd zetten en een glimp opvangen van enkele van de oudste sterren en sterrenstelsels. Door Gaia’s gegevens over de posities en bewegingen van sterren in onze Melkweg en Webb’s observaties van vroege sterrenstelsels die ontstonden toen het universum nog jong was, leren astronomen hoe sterrenstelsels samenkomen en doen ze verrassende ontdekkingen die erop wijzen dat het vroege universum veel drukker was en helderder dan iemand zich ooit had kunnen voorstellen.

De oudste stukken van de Melkweg

In een recent artikel hebben onderzoekers met behulp van de Gaia-ruimtetelescoop vastgesteld Twee sterrenstromengenaamd Shakti en Shiva, hebben elk een totale massa van ongeveer 10 miljoen zonnen, en er wordt aangenomen dat ze ongeveer 12 miljard jaar geleden zijn opgegaan in de Melkweg.

Deze stromen bestonden al voordat de Melkweg kenmerken had zoals een schijf of spiraalarmen, en onderzoekers denken dat ze tot de oudste bouwstenen van het sterrenstelsel kunnen behoren toen het zich ontwikkelde.

“Wat interessant is, is dat we deze structuren überhaupt uit zulke oude tijden kunnen detecteren”, zegt hoofdonderzoeker Khayati Malhan van het Max Planck Instituut voor Astronomie (MPIA). zwaartekracht, en vormde in wezen de proto-Melkweg.

Dit gebeurde toen het heelal nog jong was; de eerste sterrenstelsels ontstonden pas ongeveer 13 miljard jaar geleden. Toen deze groepen sterren samenkwamen om de Melkweg te vormen, ontstond er discussie over de vraag of de groep waar ze zich bij voegden een sterrenstelsel kon worden genoemd. Hoewel er een brede zwaartekrachtseis is om een ​​bepaalde massa sterren bij elkaar te houden, bestaat er geen precieze definitie van wanneer een sterrenhoop het begin van een sterrenstelsel kan worden genoemd.

“Wanneer is een stad een stad?” zei co-auteur Hans-Walter Rex, ook van de MPIA. “Daarom is er geen tijdperk waarin het sterrenstelsel ontstond. Het was een continu proces.”

De Melkweg als testcase

Omdat er zoveel te weten valt over de vorming van sterrenstelsels, is het logisch om te beginnen met ons eigen Melkwegstelsel als testcase. De Melkweg is een ‘zeer gemiddeld sterrenstelsel’, zei Rex. Vergeleken met de rest van het universum “leeft de helft van de sterren in grotere sterrenstelsels, en de helft van de sterren in kleinere sterrenstelsels.”

Wat de Melkweg nuttig maakt, is dat we er unieke toegang toe hebben, waardoor we individuele sterren erin kunnen zien. Dit betekent dat onderzoekers grote clusters van sterren kunnen identificeren die hun oorsprong lijken te hebben in vergelijkbare leeftijden en niveaus van zwaardere elementen. Door naar elk van deze clusters te kijken, kunnen ze nagaan hoe het sterrenstelsel in elkaar zit.

Er zijn twee belangrijke manieren waarop sterren sterrenstelsels binnendringen. In het eerste geval zijn er grote gaswolken verspreid binnen een bestaand sterrenstelsel, en dit gas condenseert zodat daarin sterren ontstaan. Als alternatief kunnen sterren die zich in een satellietstelsel vormen, naar het moederstelsel worden getrokken.

Tegenwoordig zien we vooral sterren ontstaan ​​in gaswolken, waarbij ongeveer 90% van de sterren die we vandaag de dag zien zich op deze manier vormen. Maar in het vroege heelal was de mogelijkheid tot aanwas van satellieten veel belangrijker, omdat men denkt dat de meeste sterren uit deze periode zich tot klonten hebben gevormd die vervolgens de ontluikende Melkweg in zijn getrokken.

Om de geschiedenis van de Melkweg te begrijpen, moeten astronomen de oorsprong van deze sterrenhopen traceren en ontdekken wat hen aantrok naar het sterrenstelsel dat we vandaag de dag kennen. “Een van de grote doelen is: kunnen we de vroege aanwas van deze stukken samen reconstrueren?”, zei Rex.

Met behulp van Gaia-gegevens konden de onderzoekers groepen sterren selecteren met vergelijkbare banen in de richting van het centrum van de melkweg. Het bevindt zich ongeveer halverwege tussen de aarde en het centrum van de melkweg, en bestaat in de vorm van een dikwandige torus die rond het centrum van de melkweg draait.

De onderzoekers vermoeden dat de twee sterrenstromen die ze ontdekten enkele van de laatste delen van de Melkweg waren die werden geabsorbeerd tijdens de fase van de aanwas van satellieten, waarna stervorming in het sterrenstelsel de belangrijkste aanjager werd van de toetreding van sterren tot het sterrenstelsel. “Het lijkt erop dat Shakti en Shiva de laatste stap waren in dat vroege stadium, toen het nog vooral stukjes en beetjes waren die bij elkaar kwamen,” zei Rex.