Astronomen weten al geruime tijd dat botsingen of fusies tussen sterrenstelsels een integraal onderdeel zijn van kosmische evolutie. Deze fusies zorgen niet alleen voor de groei van sterrenstelsels, maar leiden ook tot nieuwe stervormingsrondes wanneer vers gas en stof in de melkweg worden geïnjecteerd. In de toekomst schatten astronomen dat het Melkwegstelsel in de tussentijd zal versmelten met het Andromedastelsel en met de kleine en grote Magelhaense wolken.
Volgens nieuwe resultaten die zijn verkregen door onderzoekers van het Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics (CCA) in de stad New York, worden de resultaten van onze uiteindelijke fusie met de Magelhaense Wolken al gevoeld. Volgens de resultaten die deze week op de 235e bijeenkomst van de American Astronomical Society zijn gepresenteerd, zouden sterren die zich in de buitenwijken van ons sterrenstelsel vormen het resultaat kunnen zijn van het samengaan van deze dwergstelsels met die van ons.
Tijdens de presentatie, die plaatsvond op woensdag (8 januari) in Honolulu, legde het onderzoeksteam uit hoe gegevens van de ESA’s Gaia observatorium onthulde het bestaan van een jonge sterrenhoop in de buitenwijken van de halo van de Melkweg. Deze cluster is aangewezen als Price-Whelan 1 ter ere van de teamleider Adrian M. Price-Whelan (een research fellow bij de CCA).
Nog verrassender was het feit dat uit de cluster verkregen spectra erop wezen dat ze waarschijnlijk waren gevormd uit de gasstroom die uit een van de armen van de Grote Magelhaense Wolk kwam. De ontdekking suggereert dat deze gasstroom die zich uitstrekt van de sterrenstelsels, bekend als Leading Arm II, aanzienlijk dichter bij de Melkweg staat dan eerder werd gedacht (en ook dichter bij een botsing).
Natuurlijk is het moeilijk om sterrenhopen in ons sterrenstelsel te identificeren, aangezien sterren aan de hemel lijken te zijn geclusterd, maar in werkelijkheid door grote afstanden zijn gescheiden. Bovendien kunnen sterren op een bepaald punt in de buurt van elkaar worden gezien, maar bevinden ze zich vervolgens in verschillende richtingen. Bepalen welke sterren bij elkaar zijn geclusterd, vereist nauwkeurige metingen van de posities van sterren in de tijd (ook bekend als astrometrie).
Dit is het doel van de Gaia missie, die sinds 2013 gegevens verzamelt over de posities, afstanden en eigen bewegingen van ongeveer 1,7 miljard hemellichamen. Price-Whelan en zijn collega's gebruikten de nieuwste dataset die door de missie werd vrijgegeven en zochten naar bewijs van zeer blauwe jonge sterren waar klonten mee bewogen. Nadat ze er verschillende hadden geïdentificeerd, hebben ze ze gekruist om bekende clusters te elimineren.
Uiteindelijk bleef er nog maar één over: een relatief jonge sterrenhoop die ongeveer 117 miljoen jaar oud is en gelegen aan de verre rand van de Melkweg. Zoals Price-Whelan uitlegde:
"Dit is een nietige cluster van sterren - minder dan een paar duizend in totaal - maar het heeft grote implicaties buiten het lokale deel van de Melkweg ... Het is echt heel ver weg. Het is verder dan alle bekende jonge sterren in de Melkweg, die meestal op de schijf staan. Dus meteen had ik zoiets van: 'Heilige rookt, wat is dit?' "
De positie van het cluster plaatst het in de "halo" van de Melkweg, het buitenste deel van ons sterrenstelsel dat zich achter de spiraalarmen bevindt. Hoewel het de meerderheid van de massa van ons sterrenstelsel bevat, is het ook veel donkerder dan de spiraalarmen waar het merendeel van de sterren van de Melkweg zich bevinden. In deze regio bevindt zich ook een gasrivier die bekend staat als de "Magellanic Stream", die de buitenste rand vormt van de SMC en LMC en reikt naar de Melkweg.
Deze stroom is metaalarm, in tegenstelling tot gaswolken in de buitenste delen van de Melkweg. Hierdoor kon David Nidever, assistent-professor aan de Montana State University en co-auteur van de studie, vaststellen dat de nieuwe stercluster van extragalactische oorsprong was. Door een analyse uit te voeren van het metaalgehalte van de 27 helderste sterren in de cluster, ontdekte hij dat hun metalliciteit vergelijkbaar was met die van de Magelhaense Stroom.
Op basis van deze bevindingen concludeerde het team dat de cluster zich vormde toen gas uit de Magelhaense Stroom door de halo van de Melkweg stroomde. Gecombineerd met de zwaartekracht van ons sterrenstelsel, veroorzaakte het passeren door de halo een trekkracht die het gas comprimeerde tot het punt dat het instortte om nieuwe sterren te vormen. In de loop van de tijd bewogen de sterren zich voor de gasstroom en voegden zich bij de buitenste Melkweg.
De studie van dit cluster zou aanzienlijke gevolgen kunnen hebben voor ons begrip van de evolutie van ons sterrenstelsel. Astronomen zijn bijvoorbeeld tot nu toe niet in staat geweest om de afstand tussen de Magellanic Stream en ons sterrenstelsel effectief te beperken. Maar dankzij de ontdekking van deze nieuwe sterrenhoop voorspellen Price-Whelan en zijn collega's dat de rand van de Magelhaense Stroom 90.000 lichtjaar verwijderd is van de Melkweg.
Dat is ongeveer de helft van de afstand die eerder was voorspeld. Daarnaast zou de ontdekking van clusters in de buitenwijken van de Melkweg ook kunnen onthullen of de Magelhaense Wolken in het verleden met ons sterrenstelsel in botsing zijn gekomen. Dit is de duidelijke tendens bij fusies: de twee hemellichamen botsen niet frontaal, maar zwaaien langs elkaar heen en wisselen materiaal uit, waardoor ze uiteindelijk samensmelten tot één enkel object.
Zoals Nidever aangaf, leiden de bevindingen van het team astronomen er ook toe hun theorieën te verfijnen over wanneer de Grote Magelhaense Wolk zal samenvloeien met ons sterrenstelsel:
"Als de Magelhaense Stroom dichterbij is, vooral de leidende arm die het dichtst bij ons sterrenstelsel ligt, dan zal hij waarschijnlijk eerder in de Melkweg worden opgenomen dan het huidige model voorspelt. Uiteindelijk zal dat gas veranderen in nieuwe sterren op de Melkwegschijf. Op dit moment gebruikt ons sterrenstelsel gas sneller dan dat het wordt aangevuld. Dit extra gas dat binnenkomt, zal ons helpen dat reservoir aan te vullen en ervoor te zorgen dat ons sterrenstelsel blijft gedijen en nieuwe sterren vormt. ”
Deze studie is de laatste in een serie die mogelijk is gemaakt door de Gaia missie, die gezamenlijk ons begrip van hoe onze melkweg is geëvolueerd bevorderen en dat in de toekomst zullen blijven doen. Oorspronkelijk gepland om te eindigen in 2018, de Gaia missie is verlengd en zal blijven bestaan tot 2022 (behoudens verdere uitbreidingen).
De volgende release van Gaia archiefgegevens (EDR3) zullen in twee delen plaatsvinden, waarbij de eerste in het derde kwartaal van 2020 en de tweede in de tweede helft van 2021 wordt vrijgegeven. De ontdekking van Price-Whelan 1 en de daaropvolgende spectroscopische analyse van de sterren door het team waren zowel het onderwerp van papers die in The Astrophysical Journal op respectievelijk 5 en 16 december.
