Gegevens van ESA's Gaia-missie herschrijven de geschiedenis van ons melkwegstelsel, de Melkweg. Wat traditioneel werd gezien als satellietstelsels van de Melkweg, blijken nu grotendeels nieuwkomers te zijn in onze galactische omgeving. Een dwergstelsel is een verzameling van tussen de duizend en enkele miljarden sterren. Decennia lang werd algemeen aangenomen dat de dwergsterrenstelsels die de Melkweg omgeven satellieten zijn, wat betekent dat zij in een baan om ons melkwegstelsel zijn gevangen en al vele miljarden jaren onze constante metgezellen zijn.
Nu zijn de bewegingen van deze dwerggalaxieën met ongekende precisie berekend dankzij de gegevens van Gaia's vroegtijdige derde gegevensrelease, en de resultaten zijn verrassend. François Hammer van het Observatoire de Paris - Université Paris Sciences et Lettres, Frankrijk, en collega's uit heel Europa en China hebben de Gaia-gegevens gebruikt om de bewegingen van 40 dwergsterrenstelsels rond de Melkweg te berekenen. Zij deden dit door voor elk sterrenstelsel een reeks grootheden te berekenen die bekend staan als de driedimensionale snelheden, en deze vervolgens te gebruiken om de omloop-energie en het impulsmoment (rotatiemoment) van het sterrenstelsel te berekenen.
Zij ontdekten dat deze sterrenstelsels veel sneller bewegen dan de reuzensterren en sterrenhopen waarvan bekend is dat zij in een baan om de Melkweg draaien. Zo snel, dat ze nog niet in een baan om de Melkweg kunnen zijn, waar interacties met ons melkwegstelsel en zijn inhoud hun omloop-energie en impulsmoment zouden hebben uitgeput.
Ons melkwegstelsel heeft in zijn verleden een aantal dwergstelsels gekannibaliseerd. Zo werd 8-10 miljard jaar geleden een dwergstelsel, Gaia-Enceladus genaamd, door de Melkweg geabsorbeerd. De sterren van dit stelsel kunnen in de Gaia-gegevens worden geïdentificeerd vanwege hun excentrische banen en de verschillende energieën die zij bezitten. Meer recent, 4-5 miljard jaar geleden, werd het Sagittarius dwergsterrenstelsel door de Melkweg geabsorbeerd en wordt het momenteel in stukken getrokken en geassimileerd. De energie van zijn sterren is hoger dan die van Gaia-Enceladus, wat aangeeft hoe kortere tijd zij onder de invloed van de Melkweg hebben gestaan. In het geval van de dwerggalaxieën in de nieuwe studie, die de meerderheid van de dwerggalaxieën rond de Melkweg vertegenwoordigen, is hun energie nog hoger. Dit wijst er sterk op dat zij pas in de laatste paar miljard jaar in onze omgeving zijn gekomen.
De ontdekking weerspiegelt een ontdekking van de Grote Magelhaense Wolk (GMW), een groter dwergstelsel dat zo dicht bij de Melkweg staat dat het vanaf het zuidelijk halfrond 's nachts aan de hemel te zien is als een lichtvlek. Ook van de GMW werd gedacht dat het een satellietstelsel van de Melkweg was, tot astronomen in de jaren 2000 de snelheid ervan maten en ontdekten dat het te snel reisde om gravitationeel gebonden te zijn. In plaats van een begeleider is LMC voor het eerst op bezoek. Nu weten we dat dit ook geldt voor de meeste dwergsterrenstelsels. Zullen deze nieuwkomers zich in een baan om de aarde vestigen of gewoon aan ons voorbijgaan? "Sommige van hen zullen door de Melkweg worden gevangen en satellieten worden," zegt François.
Maar het is moeilijk om precies te zeggen welke dat zijn, want dat hangt af van de exacte massa van de Melkweg, en dat is een grootheid die voor sterrenkundigen moeilijk met enige nauwkeurigheid te berekenen is. De schattingen lopen met een factor twee uiteen. De ontdekking van de energieën van dwergsterrenstelsels is belangrijk omdat het ons dwingt de aard van de dwergsterrenstelsels zelf opnieuw te evalueren. Als een dwergstelsel in een baan draait, zal de zwaartekracht van de Melkweg proberen het uit elkaar te trekken. In de natuurkunde wordt dit een getijdenkracht genoemd. "De Melkweg is een groot sterrenstelsel, dus zijn getijdenkracht is gewoon gigantisch en het is heel gemakkelijk om een dwergsterrenstelsel na misschien één of twee passages te vernietigen," zegt François.
Met andere woorden, een begeleider van de Melkweg worden is een doodvonnis voor dwergsterrenstelsels. Het enige dat de vernietigende greep van ons melkwegstelsel zou kunnen weerstaan, is als de dwerg een aanzienlijke hoeveelheid donkere materie bevat. Donkere materie is de mysterieuze substantie waarvan astronomen denken dat die in het heelal bestaat om de extra zwaartekracht te leveren die individuele sterrenstelsels bij elkaar houdt. In de traditionele opvatting dat de dwergen van de Melkweg satellietstelsels zijn die al miljarden jaren in een baan om de aarde draaien, werd aangenomen dat zij door donkere materie moeten worden gedomineerd om de getijdenkracht van de Melkweg te compenseren en hen intact te houden. Het feit dat Gaia heeft onthuld dat de meeste dwergstelsels voor het eerst rond de Melkweg draaien, betekent dat zij helemaal geen donkere materie hoeven te bevatten, en dat wij opnieuw moeten beoordelen of deze stelsels in evenwicht zijn of eerder in het proces van vernietiging verkeren.
"Voor een groot deel dankzij Gaia is het nu duidelijk dat de geschiedenis van de Melkweg veel verhalenrijker is dan astronomen tot nu toe hadden begrepen. Door deze prikkelende aanwijzingen te onderzoeken, hopen we de fascinerende hoofdstukken uit het verleden van ons melkwegstelsel verder te kunnen ontrafelen," aldus Timo Prusti, Gaia Project Scientist bij ESA.
Bron: ESA
