Melkweg slokte stelseltje op

Astronomie

Tien miljard jaar geleden is de Melkweg versmolten met een ouder, veel kleiner sterrenstelsel.

Simulatie van een Melkweg-achtig sterrenstelsel (blauw) dat versmelt met een kleiner sterrenstelsel (rood). H.H. Koppelman, A. Villalobos and A. Helmi

Ongeveer 10 miljard jaar geleden is het – toen nog vrij jonge – Melkwegstelsel gebotst met een kleinere soortgenoot. Deze gebeurtenis had ingrijpende gevolgen voor de structuur van ons sterrenstelsel. Ook zijn in de Melkweg waarschijnlijk honderden miljoenen sterren van de galactische indringer, die Gaia-Enceladus wordt genoemd, achtergebleven.

Dat volgt uit nieuw onderzoek dat grotendeels is gebaseerd op gegevens van Gaia. Deze in 2013 gelanceerde Europese satelliet meet de posities, snelheden, helderheden en kleuren van meer dan een miljard sterren. Op die manier hopen astronomen inzicht te krijgen in de ontstaansgeschiedenis van het Melkwegstelsel. Het onderzoeksverslag is donderdag in Naturegepubliceerd.

In tegengestelde richting

Bij het onderzoek is een groep van 33.000 sterren ontdekt die zich op verschillende manieren onderscheiden van de circa 200 miljard ‘inheemse’ sterren. Zo bewegen ze, ten opzichte van onze zon en bijna alle andere sterren in de Melkweg, in tegengestelde richting om het galactische centrum. Daarnaast vertonen ze een karakteristieke chemische samenstelling, die informatie geeft over hun voorgeschiedenis.

„De eerste sterren in een sterrenstelsel die genoeg massa hebben exploderen al heel vroeg, waarbij ze hun materie over de ruimte verspreiden”, zegt onderzoeksleider Amina Helmi, hoogleraar aan het Kapteyn Instituut van de Rijksuniversiteit Groningen. „Bij deze supernova-explosies komen allerlei zware elementen vrij. Mettertijd komen daar steeds meer supernova’s van een ander type bij, die voornamelijk nóg zwaardere elementen rondstrooien, met name ijzer.”

Dit proces heeft tot gevolg dat later gevormde sterren een steeds hoger ijzergehalte vertonen. Dat is ook terug te zien bij de afwijkend bewegende sterren die Helmi en haar team hebben ontdekt. Deze sterren hebben zeer uiteenlopende samenstellingen, wat bewijst dat ze niet tegelijkertijd zijn ontstaan, maar verspreid over een langere periode. Daarnaast laten hun chemische ‘vingerafdrukken’ zien dat ze in een ander sterrenstelsel dan het onze geboren zijn.

Het team van Helmi komt tot de conclusie dat Gaia-Enceladus ongeveer 600 miljoen zonsmassa’s aan sterren heeft bevat. Deze sterren zijn inmiddels over de hele Melkweg verspreid. Volgens mede-auteur Helmer Koppelman, die zijn promotieonderzoek bij Helmi doet, is de rode dwergster Ross 451 met een afstand van 80 lichtjaar de dichtstbijzijnde van het stel.

10 miljard jaar geleden

De astronomen schatten dat de botsing tussen de Melkweg en Gaia-Enceladus ongeveer 10 miljard jaar geleden heeft plaatsgevonden. Dat is minder dan 4 miljard jaar na het ontstaan van ons heelal. „We leiden dat af uit de leeftijden van de jongste sterren – dat zijn de sterren met het hoogste ijzergehalte”, aldus Helmi. „Daaruit blijkt dat de jongste sterren van Gaia-Enceladus jonger zijn dan de sterren in de dikke schijf van onze Melkweg.”

Het galactisch stelsel van de Melkweg bestaat in feite uit twee componenten: een dunne schijf en een minder dichtbevolkt omhulsel dat de dikke schijf wordt genoemd. Deze laatste bevat ongeveer 20 procent van alle sterren in de Melkweg.

„Een van de mooiste dingen van dit onderzoek is dat je ziet dat toen Gaia-Enceladus samensmolt met de Melkweg er al een schijf was, en dat die schijf heftig op de gebeurtenis heeft gereageerd en dikker is geworden”, zeg Helmi. „Maar wat we niet zeker weten is of alle sterren die we nú in de dikke schijf zien toen al bestonden. Het is best mogelijk dat bij de samensmelting nieuwe stervorming in de Melkweg zelf op gang is gekomen.”

Volgens Helmi hebben er naderhand geen botsingen meer plaatsgevonden met sterrenstelsels ter grootte van Gaia-Enceladus – alleen kleinere. Wel kunnen er eerder al grote samensmeltingen zijn geweest. „Het zal wel iets moeilijker zijn om die aan te tonen, maar onmogelijk is het niet”, zegt Helmi. „Het zou mij niet verbazen als het met de huidige Gaia-gegevens al gaat lukken.”

    • Eddy Echternach