Stellaire volkstelling toont: Melkweg kende miljard jaar geleden babyboom

Sterrenstelsel De afgelopen miljoenen jaren ontstonden in het centrum van ons sterrenstelsel nog nieuwe sterren. Maar wat gebeurde er daarvoor? Een nieuwe inventarisatie wijst op een geboortegolf, zo’n miljard jaar geleden.

Voor het onderzoek is met een infraroodcamera gekeken naar het centrum van de centrale balk van de Melkweg.
Voor het onderzoek is met een infraroodcamera gekeken naar het centrum van de centrale balk van de Melkweg. Beeld ESA, bewerking Studio NRC

Het centrum van ons sterrenstelsel – de Melkweg – kende nog geen miljard jaar geleden een geboortegolf van sterren die uitmondde in honderdduizenden supernova-explosies. Dat volgt uit een grote ‘stellaire volkstelling’, die ook nog eens een spectaculair panorama van het Melkwegcentrum heeft opgeleverd.

Onze Melkweg is een zogeheten balkspiraalstelsel: een betrekkelijk platte schijf van sterren en gaswolken met een duizenden lichtjaren lange balkvormige structuur in zijn centrum. Aan deze centrale balk ontspringen de twee prominente spiraalarmen. Aangenomen wordt dat via de balk gas in de richting van het Melkwegcentrum stroomt. Dit gas – voornamelijk waterstof – resulteert vervolgens in nieuwe sterren.

Aanzicht van de Melkweg. In de centrale balk in het midden bevindt zich het superzware zwarte gat Sagittarius A* en een schijf van relatief dicht opeengepakte sterren. Wat daar is gebeurd, is nu in kaart gebracht. Beeld ESA, bewerking Studio NRC

Precies in het centrum staat het superzware zwarte gat Sagittarius A*, waar groepen van jonge sterren – zogeheten sterrenhopen – omheen zwermen. En daar weer omheen bevindt zich een schijf van relatief dicht opeengepakte sterren. Deze ‘kernschijf’ heeft een diameter van duizend lichtjaar – ongeveer 1 procent van de middellijn van de Melkweg.

De aanwezigheid van jonge sterren rond het Melkwegcentrum wijst erop dat hier de afgelopen miljoenen jaren nog nieuwe sterren zijn gevormd. Maar wat zich hier langer geleden heeft afgespeeld was tot nu toe onduidelijk. Dankzij nieuw onderzoek onder leiding van de Spaanse astronoom Francisco Nogueras-Lara, dat afgelopen maandag in Nature Astronomy is gepubliceerd, is daar nu verandering in gekomen.

Astronomisch detectiveverhaal

Samen met twaalf collega’s heeft Nogueras-Lara de kernschijf onder de loep genomen met een gevoelige infraroodcamera van de Europese Very Large Telescope, in het noorden van Chili. Dat heeft nauwkeurige helderheidsgegevens opgeleverd voor meer dan 700.000 sterren. Het resultaat van deze stellaire volkstelling is een zogeheten lichtkrachtverdeling: een grafiek van het aantal sterren per helderheidsklasse.

De lichtkrachtverdeling van een populatie van sterren verandert op voorspelbare wijze met de leeftijd van die populatie. In dit geval is de situatie wel wat ingewikkelder, omdat onze Melkweg uit een optelsom van opeenvolgende sterpopulaties bestaat. Met behulp van theoretische stermodellen kan echter worden uitgepuzzeld via welke optelsom je uitkomt bij een verdeling zoals die nu is waargenomen.

De conclusie van dit astronomische detectiveverhaal is dat 80 procent van de sterren in de kernschijf tussen de 8 en 13,5 miljard jaar geleden is ontstaan. Dat moet ook de periode zijn geweest waarin Sagittarius A* het grootste deel van zijn massa (4 miljoen zonsmassa’s) wist te vergaren.

Lange horten, korte stoten

Na deze productieve periode viel de sterproductie zo goed als stil. Maar ongeveer een miljard jaar geleden kwam er weer een korte maar hevige ‘babyboom’ op gang, die ervoor zorgde dat de stellaire bevolking binnen honderd miljoen jaar met ongeveer 5 procent toenam. Sindsdien staat de sterproductie weer op een lager pitje.

De vorming van sterren in het Melkwegcentrum was dus een proces van langdurige horten en kortstondige stoten. Daaruit mag worden geconcludeerd dat het gastransport via de centrale balk geen constant fenomeen is en soms voor miljarden jaren stilvalt. Misschien verdwijnt de balk daarbij zelfs.

De exacte oorzaak staat nog niet vast. Maar feit is dat de laatste stellaire babyboom op gang kwam rond de tijd dat het kleine Sagittarius-dwergstelsel zijn kleinste afstand tot het Melkwegcentrum bereikte. Mogelijk heeft deze gebeurtenis ertoe geleid dat grote hoeveelheden gas richting centrum stroomden.

Veertig miljoen zonsmassa’s

Hoe dan ook: berekeningen laten zien dat er tijdens de geboortegolf in totaal veertig miljoen zonsmassa’s aan sterren is geproduceerd. De zwaarste van deze sterren – het zullen er minstens 200.000 zijn geweest – explodeerden uiteindelijk als supernova’s.

Helemaal kalm is het Melkwegcentrum overigens nog niet. Ook de afgelopen dertig miljoen jaar hebben zich hier naar schatting enkele tienduizenden supernova-explosies afgespeeld.