Sterren uit de oude cluster gevonden in de Melkweg

Men denkt dat sterrenstelsels zoals de Melkweg zijn gebouwd door een reeks fusies, waardoor kleinere sterrenstelsels en groepen sterren zijn aangetrokken en deze vreemde sterren hun eigendom zijn geworden. In sommige gevallen waren de fusies zo recent dat we het voorheen onafhankelijke lichaam nog steeds kunnen detecteren als een groep sterren die samen om de Melkweg draaien. Maar na verloop van tijd zullen interacties met de rest van de sterren in de Melkweg langzaam alle structuren verstoren die de clusters herbergen.

Het is dus verrassend dat onderzoekers hebben gevonden wat lijkt op de overblijfselen van een bolvormige sterrenhoop van enkele van de oudste sterren die er zijn. De ontdekking is consistent met het “groei door fusie” -model van het bouwen van sterrenstelsels, maar het roept vragen op over hoe de massa intact zal blijven zolang het dat doet.

Gaia datamining

De resultaten begonnen met een analyse van gegevens van de European Space Agency Missie Gaia, die tot doel heeft op zijn minst een kaart van de Melkweg in drie dimensies te maken. Gaia heeft tientallen keren bijna een miljard objecten gefotografeerd, wat genoeg is om hun locatie en beweging rond de kern van de Melkweg in te schatten. Deze kaart hielp wetenschappers bij het identificeren van structuren in onze melkweg op basis van het feit dat er enkele sterrenhopen zijn die niet alleen fysiek dicht bij elkaar staan, maar allemaal in dezelfde richting bewegen.

Gaia-datamining voor dit soort structuren is zo handig dat er een software-algoritme is genaamd STREAMFINDER dat ze definieert. Dit programma leidde tot de ontdekking van de C-19 stellaire stroom, een groep sterren die samen door de halo van de Melkweg bewegen.

Een manier om te controleren of deze groepen sterren echt zijn begonnen als onderdeel van een enkele groep, is door hun leeftijd te controleren. Clusters bestaan ​​vaak uit sterren van vergelijkbare leeftijden. Een manier om erachter te komen of er tegelijkertijd sterren worden gevormd, is door te controleren op het gehalte aan zwaardere elementen. Tijdens de oerknal waren er maar weinig elementen die zwaarder waren dan helium, dus de meeste zwaardere elementen die nu bestaan, kwamen van eerdere sterren. Hoe later in de geschiedenis van het heelal de ster werd gevormd, hoe groter de kans dat de ster deze zwaardere elementen zou bevatten.

(Astronomen noemen elk element dat zwaarder is dan helium een ​​metaal en verwijzen naar het gehalte aan zware elementen van de ster als een metaal. Maar dit zal de meeste niet-astronomen waarschijnlijk in verwarring brengen, dus we zullen het vermijden.)

Dus de astronomen achter het nieuwe werk maten de niveaus van zware elementen in sterren waarvan werd gedacht dat ze tot de C-19-stroom behoorden. Met uitzondering van één ledemaat waren ze allemaal precies hetzelfde, wat aangeeft dat de stroom in feite het storende overblijfsel is van een groep. Maar de resultaten bevatten ook een verrassing: een opvallend laag gehalte aan zware elementen.

Oude geschiedenis

De typische manier om zware elementen vast te leggen is door de verhouding van ijzer (dat pas laat in het leven van een massieve ster wordt gevormd) tot waterstof. Waterstof is altijd het meest voorkomende element in het universum geweest, terwijl het ijzergehalte in de loop van de tijd langzaam is opgebouwd. Dus hoe hoger de verhouding tussen ijzer en waterstof, hoe recenter de ster is gevormd.

In het geval van de C-19-stroom was de verhouding erg laag. Zo laag dat C-19-sterren 3 miljard jaar geleden werden gevormd na de oerknal, of toen het heelal nog maar ongeveer een kwart van zijn huidige leeftijd had. Het is mogelijk dat ze iets eerder zijn gevormd.

Binnen de Melkweg zijn een paar honderd sterren geïdentificeerd met een vergelijkbaar laag gehalte aan zware elementen. Maar er is nog nooit een cluster gezien waarin elke ster op zo’n laag niveau staat. Vóór deze ontdekking werd zelfs gedacht dat de clusters in de Melkweg aarde-zware elementen bevatten – allemaal met hogere niveaus dan die in de C-19-stroom. Dit was waar ondanks het feit dat we op basis van de verdeling van bekende groepen ongeveer vijf niveaus zouden verwachten met zware elementen die vergelijkbaar zijn met die in de C-19-stroom.

Het ontbreken van andere clusters suggereert dat de meeste vroege clusters zoals deze stroom al zo verstoord waren dat ze naar de achtergrond van de sterren van de Melkweg verdwenen. Wat de vraag oproept waarom er geen C-19 stream is. Dit is met name onverwacht omdat de baan van de stroom rond de galactische kern hem dieper in de Melkweg brengt, waardoor hij volop mogelijkheden heeft om interactie aan te gaan met andere functies die hem zouden moeten uitschakelen.

Een mogelijkheid die dit zou kunnen verklaren, is dat de cluster oorspronkelijk de Melkweg binnenging als onderdeel van een dwergstelsel dat werd opgeslokt. De structuur van het dwergstelsel zou een zekere mate van bescherming kunnen bieden totdat het neerstort en zijn sterren over de Melkweg worden verspreid. En als het waar is, bevatte de massa die aanleiding gaf tot de C-19-stroom een ​​groot deel van de sterren in het dwergstelsel op dat moment.

Hoe we het ook uitleggen, de aanwezigheid van de C-19-stroom vertelt ons dingen over de geschiedenis van het universum. De auteurs concluderen: “De aanwezigheid van C-19 op zichzelf bewijst dat bolvormige clusters zich hadden moeten kunnen vormen in de laag-minerale omgevingen waar de eerste galactische structuren zouden aggregeren.”

Natuur, 2022. DOI: 10.1038 / s41586-021-04162-2 (Over DOI’s).