In de allereerste dagen van ons heelal, iets meer dan 13 miljard jaar geleden, was er heel weinig structuur. Er waren sterren, en ze vormden zich in hoog tempo en begonnen aan wat bekend staat als het Stelliferous Era. Maar de enorme, majestueuze sterrenstelsels die we vandaag zien, inclusief ons Melkwegstelsel, waren nog niet gevormd.
De eerste sterrenstelsels die werden gevormd, waren dwergstelsels en na verloop van tijd gingen ze samen om de soorten spiraalstelsels te bouwen die we tegenwoordig zien. Astronomen weten dat dit is gebeurd, maar de exacte tijdlijn voor de Melkweg was onduidelijk. Nu heeft een nieuwe studie gepubliceerd in Nature Astronomy enkele details onthuld in de vorming van ons eigen sterrenstelsel.
De nieuwe studie, getiteld 'De geboorte van de Melkweg blootleggen door nauwkeurige stellaire leeftijden met Gaia', is gebaseerd op gegevens van het Gaia-ruimtevaartuig van ESA. Gaia's missie is om de sterren in de Melkweg in kaart te brengen. Het zal ze niet allemaal in kaart brengen, maar het meet nauwkeurig de positie en beweging van slechts één procent van de 100 miljard sterren van de melkweg. Dat voorbeeld geeft een algemeen beeld van de melkweg.
De beweging van een ster wordt op het moment van zijn vorming aan die ster gegeven. Gaia maakt een 3D-kaart van de Melkweg door deze beweging te meten. In wezen kunnen astronomen op die kaart terugkijken in de tijd door de beweging van de ster achteruit te volgen. Daarom zijn de Gaia-gegevens zo'n krachtig hulpmiddel om de geschiedenis van de Melkweg te begrijpen.
Een team van astronomen van het Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) gebruikte deze gegevens om de geschiedenis van de Melkweg te onderzoeken en te achterhalen hoe deze er in het verleden uitzag. De hoofdauteur van het artikel is Carme Gallart, een onderzoeker bij de IAC. In een persbericht zei Gallart: “We hebben de verdeling van kleuren en magnitudes (helderheid) van de sterren in de Melkweg geanalyseerd en vergeleken met theoretische modellen, en ze opgesplitst in verschillende componenten; de zogenaamde stellaire halo (een sferische structuur die spiraalstelsels omgeeft) en de dikke schijf (sterren die de schijf van onze Melkweg vormen, maar een bepaald hoogtebereik innemen). ”
Astronomen hebben de galactische halo van de Melkweg bestudeerd en hebben daar twee verschillende populaties van sterren gevonden. Een van die populaties wordt gedomineerd door blauwe sterren. De beweging van die sterren vertelde astronomen dat ze de overblijfselen zijn van een dwergstelsel dat opging in de Melkweg. Dat oude dwergstelsel heet Gaia-Enceladus. De andere populatie in de halo bestaat uit rode sterren. De geschiedenis van die sterren en de tijdlijn van de fusie van de Melkweg en Gaia-Enceladus werden nooit goed begrepen.
Dankzij de Gaia-missie en het werk van deze astronomen krijgen we nu een beter begrip van de fusie.
"Door de gegevens van Gaia te analyseren, hebben we de verdeling van de leeftijden van de sterren in beide componenten verkregen en is aangetoond dat de twee worden gevormd door even oude sterren, die ouder zijn dan die van de dikke schijf", zegt IAC-onderzoeker en co-auteur Chris Brook.
Maar dat roept een andere vraag op: als beide populaties van sterren dezelfde leeftijd hebben, hoe verschillen ze dan? Meestal komt het neer op hun metalliciteit.
"Het laatste stukje van de puzzel werd gegeven door de hoeveelheid" metalen "(elementen die geen waterstof of helium zijn) in de sterren van de ene of de andere component", legt Tomás Ruiz Lara, een IAC-onderzoeker en co-auteur uit. "De sterren in de blauwe component hebben een kleinere hoeveelheid metalen dan die van de rode component."
Deze bevindingen, met toevoeging van de voorspellingen van simulaties die ook in het artikel worden geanalyseerd, hebben de onderzoekers in staat gesteld de geschiedenis van de vorming van de Melkweg te voltooien.
De resultaten van dit werk vertellen een verhaal over stervorming en galactische samensmelting en groei die resulteert in de huidige Melkweg.
Dit verhaal begint 13 miljard jaar geleden, enkele honderden miljoenen jaren na de oerknal, toen sterren zich vormden in twee afzonderlijke systemen. De ene was het Gaia-Enceladus-dwergstelsel en de andere was de stamvader van onze Melkweg. De vroege Melkweg was ongeveer vier keer zo zwaar als het dwergstelsel en bestond uit jongere sterren met een hogere metalliciteit.
Ongeveer 10 miljard jaar geleden was er een gewelddadige botsing tussen Gaia-Enceladus en de vroege Melkweg. Die gebeurtenis zette een aantal sterren uit het dwergstelsel en sommige uit de grotere Melkweg in chaotische beweging en uiteindelijk vormden ze de halo. Vervolgens was er een lange periode van chaotische uitbarstingen van stellaire vorming, totdat de zaken ongeveer 6 miljard jaar geleden tot rust kwamen. Vervolgens nestelde het gas zich in de schijf van de melkweg en gaf ons wat we de dunne schijf noemen.
"Tot nu toe wijzen alle kosmologische voorspellingen en waarnemingen van verre spiraalstelsels vergelijkbaar met de Melkweg erop dat deze gewelddadige fase van samensmelting tussen kleinere structuren zeer vaak voorkwam", legt Matteo Monelli, onderzoeker bij de IAC en co-auteur van het artikel uit. . "Nu hebben we de specificiteit van het proces in onze eigen Melkweg kunnen identificeren, waardoor de eerste stadia van onze kosmische geschiedenis met ongekende details zijn onthuld."
Meer:
- Persbericht: De eerste dagen van de Melkweg zijn onthuld
- Onderzoeksartikel: De geboorte van de Melkweg blootleggen door nauwkeurige stellaire leeftijden met Gaia
- ESA's Gaia-missie
