Satelliet Gaia ontdekt ‘rommelige’ banen van dwergsterrenstelsels en sterren

Sterrenkunde De nieuwste meetgegevens van Gaia, een Europese satelliet met twee telescopen, zijn woensdag gepresenteerd. Die tonen tal van nieuwe ontdekkingen.

De Melkweg volgens Gaia. De satelliet keek voor deze afbeelding naar 1,7 miljard sterren tussen juli 2014 en mei 2016. Foto ESA/Gaia/DPAC

De dwergsterrenstelsels die om de Melkweg zwermen, bewegen niet in hetzelfde vlak. Wel volgen ze allemaal een sterk gehelde baan en lijken sommige stelsels in groepjes op te trekken.

Dit blijkt uit de nieuwste meetgegevens van Gaia, die woensdag zijn gepresenteerd door het Europese ruimteagentschap ESA. Gaia is een eind 2013 gelanceerde satelliet die onder meer de posities, afstanden en snelheden van meer dan een miljard sterren meet. Deze gegevens worden gebruikt om meer te weten te komen over het ontstaan en de evolutie van ons Melkwegstelsel.

Gaia is ‘geparkeerd’ op een plek die, van de zon uit gezien, anderhalf miljoen kilometer achter de aarde ligt. Van daaruit meten de twee telescopen van de satelliet de posities van alles wat helder genoeg is om detecteerbaar te zijn. Het gaat daarbij niet alleen om sterren, maar bijvoorbeeld ook om planetoïden in ons eigen zonnestelsel en om ‘nabije’ en verre sterrenstelsels.

Gedurende de Gaia-missie, die minstens vijf jaar moet gaan duren, worden al deze objecten gemiddeld 70 keer waargenomen. De nieuwe gegevens die vandaag online zijn gepresenteerd in Astronomy & Astrophysics zijn gebaseerd op 25 waarnemingen.

De jongste metingen hebben nieuwe ontdekkingen opgeleverd. Zo zijn de bewegingen van de dwergsterrenstelsels om de Melkweg vastgesteld door astronoom Amina Helmi en haar groep van het Kapteyn Instituut van de Rijksuniversiteit Groningen. Zij ontdekten ook dat sommige bolvormige sterrenhopen van de Melkweg in groepjes bewegen.

Beeld van de Grote Magelhaense Wolk, gemaakt door Gaia. Foto ESA/Gaia/DPAC

Een andere ontdekking van Gaia betreft de radiale snelheden van sterren in de omgeving van de zon – de snelheden waarmee deze sterren op ons af komen of van ons vandaan bewegen. Het blijkt dat de sterren niet in ordelijke rondjes om het Melkwegcentrum cirkelen. Hun bewegingen zijn mogelijk verstoord doordat een klein satellietstelsel door de schijf van de Melkweg is getrokken.

Doordat de Gaia de draaiing van de aarde om de zon volgt, verandert de hoek waaronder zij de sterren ziet voortdurend. Hierdoor lijken nabije sterren zich te verplaatsen ten opzichte van verre achtergrondobjecten – een verschijnsel dat parallax wordt genoemd.

De parallax van een ster is een maat voor diens afstand: hoe groter de parallax, des te nabijer is de ster. Gaia kan de posities van sterren meten met een nauwkeurigheid die overeenkomt met een euromunt op de afstand van de maan. Dat is voldoende om zelfs de afstanden van sterren in het centrum van de Melkweg – 30.000 lichtjaar van ons vandaan – redelijk nauwkeurig te meten.

Van zeven miljoen sterren meet Gaia behalve de parallax ook de eigenbewegingen: de snelheden waarmee ze ten opzichte van elkaar bewegen. Dat maakt het mogelijk om hun toekomstige en vroegere posities te ‘voorspellen’.

Het universum in kaart

De driedimensionale kaart die Gaia van een flink stuk Melkweg maakt kan dus als een soort film vooruit en achteruit worden afgedraaid. Dat moet niet alleen meer inzicht geven in verleden en toekomst van het Melkwegstelsel, maar ook in de verdeling van de daarin aanwezige donkere materie – de nog steeds mysterieuze, onwaarneembare substantie die haar bestaan alleen verraadt via de zwaartekrachtsaantrekking die zij op haar omgeving uitoefent.

Behalve met twee telescopen is Gaia ook uitgerust met een ‘fotometer’, een instrument waarmee de helderheden en kleuren van sterren kunnen worden gemeten. Dat levert onder meer informatie op over de temperaturen, samenstellingen en leeftijden van sterren.

De eerste meetgegevens van Gaia werden in september 2016 gepresenteerd. Die waren echter gebaseerd op een veel kortere meetperiode, en daardoor nog niet zo nauwkeurig. Werden toen nog afstanden en eigenbewegingen van ‘slechts’ twee miljoen sterren gepresenteerd, nu zijn dat er 650 keer zo veel: ruim 1,3 miljard. Dat is al een behoorlijke steekproef van de stellaire bevolking van ons Melkwegstelsel, die enkele honderden miljarden sterren telt.

Toch is het werk van de satelliet nog lang niet gedaan. De woensdag gepresenteerde resultaten zijn gebaseerd op gegevens die over een periode van 22 maanden zijn verzameld. Helemaal perfect is die ‘dataset’ nog niet: er zitten nog kleine foutjes in die in de komende jaren moeten worden weggepoetst. Astronomen kijken dan ook al uit naar de volgende catalogus van meetgegevens, die eind 2020 wordt gepresenteerd. Die gegevens zullen nóg nauwkeuriger zijn dan die van vandaag.