Astronomen weten al geruime tijd dat de Melkweg en de Andromeda-sterrenstelsels op een toekomstige datum in botsing zullen komen. De beste schatting voor die afspraak is ongeveer 3,75 miljard jaar vanaf nu. Maar nu brengt een nieuwe studie op basis van Data Release 2 van de Gaia-missie van ESA enige duidelijkheid over deze toekomstige botsing.
Het totale botsingsbeeld is meer dan alleen de Melkweg en Andromeda (M31). De twee sterrenstelsels maken deel uit van een groep sterrenstelsels die de Lokale Groep wordt genoemd, en de Lokale Groep heeft een derde groot lid, het Triangulum-sterrenstelsel (M33). Hoewel de Lokale Groep andere sterrenstelsels bevat, vormen de bovengenoemde drie de meerderheid van de massa. Van de drie is de Andromeda de meest massieve, de Melkweg de tweede meest massieve en het Triangulum de derde.
De Lokale Groep bestaat uit meer dan 54 verschillende sterrenstelsels, hoewel de meeste dwergstelsels zijn, die door zwaartekracht aan de grote drie zijn gehecht. Het zwaartepunt van de groep ligt ergens tussen de Melkweg en Andromeda.
Hoewel er al geruime tijd een botsing wordt voorspeld, is er nog veel onzekerheid. De Hubble-ruimtetelescoop en andere op de grond gebaseerde ‘scopes zoals de Very Long Baseline Array (VLBA) hebben het waarnemingsbewijs voor deze botsing geleverd. Met die gegevens hebben astronomen een beetje kunnen leren over hoe de banen van de Andromeda en het Triangulum in de loop van de tijd zijn veranderd.
De Andromeda en het Triangulum zijn beide spiraalstelsels, zoals de Melkweg, en ze zijn ergens tussen 2,5 en 3 miljoen lichtjaar van ons verwijderd. Ze zijn ook dichtbij genoeg om mogelijk via zwaartekracht te interageren, wat de botsingsvoorspellingen vertroebelt.
Dit is waar de Gaia-missie van ESA binnenkomt.
“We moesten de bewegingen van de sterrenstelsels in 3D onderzoeken om te ontdekken hoe ze zijn gegroeid en geëvolueerd, en wat hun eigenschappen en gedrag creëert en beïnvloedt.“
Hoofdonderzoeker Roeland van der Marel, Space Telescope Science Institute (STScI) Baltimore, VS.
“We moesten de bewegingen van de sterrenstelsels in 3D onderzoeken om te ontdekken hoe ze zijn gegroeid en geëvolueerd, en wat hun eigenschappen en gedrag creëert en beïnvloedt,”, Zegt hoofdauteur Roeland van der Marel van het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, USA. 'We konden dit doen met behulp van het tweede pakket hoogwaardige gegevens van Gaia.“
De Gaia-missie maakt een 3D-kaart van ons Melkwegstelsel, en doet hetzelfde voor delen van de Lokale Groep. Hoewel ‘scopes zoals Hubble ons een scherp beeld geven van de andere leden van de Local Group, geven ze ons niet de nauwkeurige metingen van posities en bewegingen van individuele sterren. Dat is de missie van Gaia.
“We doorzochten de Gaia-gegevens om duizenden individuele sterren in beide sterrenstelsels te identificeren en bestudeerden hoe deze sterren bewogen in hun galactische huizen,”Voegt co-auteur Mark Fardal toe, ook van STScI. "Hoewel Gaia vooral de Melkweg wil bestuderen, is het krachtig genoeg om bijzonder zware en heldere sterren te spotten in nabijgelegen stervormingsgebieden - zelfs in sterrenstelsels buiten de onze.“
In het verleden, toen astronomen de Hubble en andere observatoria gebruikten om de bewegingen van de drie grootste leden van de Local Group te bestuderen, vonden ze twee mogelijkheden. Ofwel het Triangulum-sterrenstelsel bevindt zich in een ongelooflijk lange baan van zes miljard jaar rond Andromeda, maar is er in het verleden al in gevallen, of het bevindt zich momenteel voor het eerst in de herfst. Elk scenario weerspiegelt een ander baanpad en dus een andere vormingsgeschiedenis en toekomst voor elk sterrenstelsel.
Maar nu heeft Gaia astronomen veel meer gegevens gegeven om mee te werken. Het laat niet alleen zien hoe de sterrenstelsels door de ruimte bewegen, het laat ook hun spinsnelheid zien. Deze spinsnelheidsgegevens zijn al lang begeerd, sinds astronomen honderd jaar geleden begonnen met het bestuderen van de vorming en evolutie van sterrenstelsels, en Gaia heeft eindelijk geleverd.
“Er was een observatorium voor nodig dat zo ver was gevorderd als Gaia.“
Roeland van der Marel, STScI.
“Er was een observatorium voor nodig dat zo geavanceerd was als Gaia,”, Zegt Roeland. 'Voor het eerst hebben we gemeten hoe M31 en M33 in de lucht draaien. Astronomen zagen sterrenstelsels vroeger als geclusterde werelden die onmogelijk afzonderlijke 'eilanden' konden zijn, maar we weten nu anders. Het heeft 100 jaar en Gaia geduurd om eindelijk de ware, kleine rotatiesnelheid van onze dichtstbijzijnde grote galactische buurman, M31, te meten. Dit zal ons helpen meer te begrijpen over de aard van sterrenstelsels.“
De onderzoekers achter de studie combineerden bestaande gegevens met de nieuwe gegevens van Gaia Release 2 om een nauwkeuriger beeld te krijgen van hoe Andromeda en het Triangulum door de ruimte bewegen. Ze hebben dit miljarden jaren in het verleden en de toekomst kunnen projecteren.
“De snelheden die we hebben gevonden, laten zien dat M33 niet in een lange baan rond M31 kan zijn ”, zegt co-auteur Ekta Patel van de Universiteit van Arizona, VS. “Onze modellen impliceren unaniem dat de M33 bij de eerste inval in de M31 moet zijn.“
De studie onthulde ook meer van wat de Melkweg en Andromeda in petto hebben. In plaats van een botsing (die beter een getijdeninteractie wordt genoemd omdat er waarschijnlijk nooit sterren of planeten zouden botsen), zal er meer een blikseminslag zijn. En in plaats van plaats te vinden in ongeveer 3,75 miljard jaar, zal het in ongeveer 4,5 miljard jaar zijn. Opluchting!
“Deze bevinding is cruciaal voor ons begrip van hoe sterrenstelsels evolueren en op elkaar reageren. ”
Timo Prusti, ESA Gaia-projectwetenschapper
Het nieuwe artikel en de nieuwe gegevens van Gaia werpen ook enig licht op hoe sterrenstelsels als Andromeda en Triangulum ontstaan en evolueren.
“Deze bevinding is cruciaal voor ons begrip van hoe sterrenstelsels evolueren en op elkaar inwerken ' zegt Timo Prusti, ESA Gaia Project Scientist. 'We zien ongebruikelijke kenmerken in zowel M31 als M33, zoals kromme stromen en staarten van gas en sterren. Als de sterrenstelsels nog niet eerder zijn samengekomen, kunnen deze niet zijn ontstaan door de krachten die tijdens een fusie worden gevoeld. Misschien zijn ze ontstaan door interacties met andere sterrenstelsels, of door gasdynamica in de sterrenstelsels zelf.
Bronnen:
- Onderzoekspaper: eerst Gaia Dynamica van het Andromeda-systeem: DR2 Juiste bewegingen, banen en rotatie van M31 en M33
- ESA-persbericht: GAIA klokt nieuwe snelheid voor botsing van de Melkweg en Andromeda
- ESA's GAIA-missie
