ESA's Gaia ruimtetelescoop heeft de geschiedenis van ons sterrenstelsel verder ontrafeld en twee verrassende stromen van sterren ontdekt die meer dan 12 miljard jaar geleden werden gevormd en in elkaar overvloeiden. De twee stromen, Shakti en Shiva genaamd, hebben geholpen bij de vorming van de jonge Melkweg. Ze zijn allebei zo oud dat ze waarschijnlijk zelfs eerder zijn gevormd dan de oudste delen van de spiraalarmen en -schijf van ons huidige sterrenstelsel.
"Wat echt verbazingwekkend is, is dat we deze oude structuren überhaupt kunnen ontdekken," zegt Khyati Malhan van het Max Planck Instituut voor Astronomie (MPIA) in Heidelberg, Duitsland, die het onderzoek leidde. "De Melkweg is sinds de geboorte van deze sterren zo sterk veranderd dat we niet zouden verwachten dat we ze als groep zo duidelijk zouden herkennen, maar de ongekende gegevens die we van Gaia krijgen, hebben dit mogelijk gemaakt." Met behulp van Gaia-waarnemingen konden de onderzoekers de banen van individuele sterren in de Melkweg bepalen, samen met hun inhoud en samenstelling. "Toen we de banen van al deze sterren visualiseerden, vielen twee nieuwe structuren op tussen sterren met een bepaalde chemische samenstelling," voegt Khyati toe. "We hebben ze Shakti en Shiva genoemd."
Echt oude fragmenten
Elke stroom bevat de massa van ongeveer 10 miljoen zonnen, met sterren van 12 tot 13 miljard jaar oud die allemaal in zeer vergelijkbare banen met vergelijkbare samenstellingen bewegen. De manier waarop ze zijn verdeeld, suggereert dat ze mogelijk zijn gevormd als afzonderlijke fragmenten die vroeg in het bestaan van de Melkweg zijn samengesmolten. Beide stromen liggen in de richting van het hart van de Melkweg. Gaia onderzocht dit deel van de Melkweg in 2022 met behulp van een soort 'galactische archeologie'; hieruit bleek dat het gebied gevuld is met de oudste sterren van het hele sterrenstelsel, die allemaal zijn geboren voordat de schijf van de Melkweg zich goed en wel had gevormd.
"De sterren daar zijn zo oud dat ze veel van de zwaardere metaalelementen missen die later in het heelal zijn ontstaan. Deze zware metalen worden in sterren gesmeed en door de ruimte verspreid als ze sterven. De sterren in het hart van ons sterrenstelsel zijn metaalarm, dus noemden we dit gebied het 'arme oude hart' van de Melkweg," zegt co-auteur Hans-Walter Rix, ook van MPIA en de hoofd 'galactische archeoloog' van het werk uit 2022. "Tot nu toe hadden we alleen deze zeer vroege fragmenten herkend die samenkwamen om het oude hart van de Melkweg te vormen. Met Shakti en Shiva zien we nu de eerste stukken die vergelijkbaar oud lijken, maar verder weg liggen. Deze betekenen de eerste stappen van de groei van ons sterrenstelsel naar zijn huidige omvang."
Deze afbeelding toont een paar van deze verschillende sterrenpopulaties, waarbij elke kleur staat voor sterren die zich via een
andere botsing bij de Melkweg hebben gevoegd. Twee van deze stromen zijn nieuw ontdekt dankzij Gaia,
de miljardensterrenkijker van ESA - Illustratie: ESA/Gaia/DPAC/K. Malhan et al. (2024)
Een complexe stamboom
Hoewel ze erg op elkaar lijken, zijn de twee stromen niet identiek. Shakti-sterren draaien iets verder van het centrum van de Melkweg en in meer cirkelvormige banen dan Shiva-sterren. De stromen zijn dan ook vernoemd naar een goddelijk paar uit de hindoeïstische filosofie dat samen het heelal (of macrokosmos) creëert.
Zo'n 12 miljard jaar geleden zag de Melkweg er heel anders uit dan de geordende spiraal die we nu zien. We denken dat ons sterrenstelsel is ontstaan uit meerdere lange, onregelmatige filamenten van gas en stof, die allemaal sterren vormden en samenkwamen om de geboorte van ons sterrenstelsel zoals we dat nu kennen in gang te zetten. Het lijkt erop dat Shaki en Shiva twee van deze componenten zijn - en toekomstige Gaia-gegevens kunnen meer onthullen. Khyati en Hans-Walter hebben ook een dynamische kaart gemaakt van andere bekende componenten die een rol hebben gespeeld bij de vorming van ons sterrenstelsel en die ontdekt zijn met Gaia-gegevens. Deze omvatten Gaia-Sausage-Enceladus, LMS1/Wukong, Arjuna/Sequoia/I'itoi en Pontus. Deze sterrengroepen maken allemaal deel uit van de complexe stamboom van de Melkweg, iets waar Gaia de afgelopen tien jaar aan heeft gewerkt.
"Meer onthullen over de kindertijd van ons sterrenstelsel is een van de doelen van Gaia, en dat is zeker gelukt", zegt Timo Prusti, projectwetenschapper voor Gaia bij ESA. "We moeten de subtiele maar cruciale verschillen tussen sterren in de Melkweg blootleggen om te begrijpen hoe ons sterrenstelsel is gevormd en geëvolueerd. Hiervoor zijn ongelooflijk nauwkeurige gegevens nodig - en nu, dankzij Gaia, hebben we die gegevens. Nu we verrassende delen van ons sterrenstelsel ontdekken, zoals de Shiva- en Shakti-stromen, vullen we de gaten en schetsen we een vollediger beeld van niet alleen ons huidige thuis, maar ook onze vroegste kosmische geschiedenis."
Bron: ESA
