Twee teams van astronomen hebben met behulp van gegevens van ESO-telescopen de tot nu toe beste driedimensionale kaart van het centrale deel van de Melkweg gemaakt. Daarbij hebben zij ontdekt dat dit vanuit sommige gezichtshoeken een pinda-achtig of X-vormig uiterlijk aanneemt.
Die merkwaardige vorm is in kaart gebracht met behulp van vrij beschikbare gegevens van ESO’s surveytelescoop VISTA en metingen van de ruimtelijke bewegingen van honderden zeer zwakke sterren. Een van de belangrijkste en omvangrijkste onderdelen van de Melkweg is de zogeheten bulge. Deze enorme centrale wolk van ongeveer tien miljard sterren is duizenden lichtjaren groot, maar zijn structuur en oorsprong werden nog niet goed begrepen. Helaas wordt dit centrale gebied, dat ongeveer 27.000 lichtjaar van ons is verwijderd, vanuit onze positie binnen de galactische schijf grotendeels aan het zicht onttrokken door dichte wolken van gas en stof. Alleen op langere golflengten, zoals het infrarood, kunnen astronomen door deze stofwolken heen kijken.
Eerdere waarnemingen van de 2MASS-infraroodsurvey hadden er al op gewezen dat de bulge een merkwaardige X-vorm vertoont. Nu hebben twee teams van wetenschappers aan de hand van waarnemingen met verschillende ESO-telescopen een veel duidelijker beeld verkregen van de bulge-structuur.
Het eerste team, van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching (Duitsland) maakte gebruik van de VVV-survey [1] in het nabij-infrarood van de VISTA-telescoop van de ESO-sterrenwacht op Paranal in Chili (eso1101, eso1128, eso1141, eso1242, eso1309). Deze nieuwe openbare survey kan sterren in de bulge vastleggen die dertig keer zwakker zijn dan die van eerdere surveys. Het team spoorde in totaal 22 miljoen sterren op die behoren tot een klasse van rode reuzen waarvan de eigenschappen zo goed bekend zijn dat hun afstanden kunnen worden berekend [2].
‘Het bereik van de VISTA-stercatalogus is veel groter dan dat van eerder onderzoek, waardoor we, behalve in de meest stofrijke gebieden, de volledige populatie van deze sterren kunnen detecteren,’ legt Christopher Wegg (MPE), hoofdauteur van het eerste onderzoek, uit. ‘Van de verdeling van deze sterren kunnen we vervolgens een driedimensionale kaart van de galactische bulge maken. Het is voor het eerst dat zo’n kaart is gemaakt zonder uit te gaan van een model voor de vorm van de bulge.’ ‘We hebben vastgesteld dat het binnenste deel van onze Melkweg van opzij gezien de vorm heeft van een ongepelde pinda, en van bovenaf gezien van een sterk uitgerekte balk,’ voegt Ortwin Gerhard, coauteur van eerste artikel en leider van de Dynamics Group van het MPE, daaraan toe [3]. ‘Het is voor het eerst dat we dit in ons eigen Melkwegstelsel duidelijk hebben waargenomen, en simulaties van onze eigen groep en van anderen laten zien dat deze vorm kenmerkend is voor een balkspiraalstelsel dat als een zuivere schijf van sterren is begonnen.’
Het tweede internationale team, onder leiding van de Chileense promovendus Sergio Vásquez (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chili, en ESO, Santiago, Chili) koos een andere aanpak om de structuur van de bulge te bepalen. Door opnamen te vergelijken die elf jaar na elkaar met de 2,2-meter MPG/ESO-telescoop waren gemaakt, wisten zij de kleine verschuivingen te meten die het gevolg zijn van de beweging van de bulge-sterren langs de hemel. Deze werden gecombineerd met metingen van de radiale snelheden van deze sterren oftewel hun bewegingen naar ons toe of van ons vandaan. Het resultaat: de ruimtelijke snelheden van meer dan vierhonderd sterren [4].
‘Dit is de eerste keer dat van een groot aantal sterren in de bulge de snelheden in drie dimensies zijn verkregen,’ aldus Vásquez. ‘De sterren die we hebben waargenomen lijken, doordat hun banen hen boven en onder het Melkwegvlak voeren, langs de armen van de X-vormige bulge te stromen. Dat is in goede overeenstemming met de voorspellingen van geavanceerde modellen!’
De astronomen denken dat de Melkweg oorspronkelijk een zuivere schijf van sterren was, waarin zich enkele miljarden jaren geleden een platte centrale balk vormde [5]. Het binnenste deel ervan trok vervolgens krom tot de pindavorm die in de nieuwe waarnemingen te zien is.
Noten
[1] VVV staat voor VISTA Variables in the Via Lactea Survey. Dit is een van de zes grote surveys die met de VISTA-telescoop worden uitgevoerd. De gegevens van de VVV-survey, die het MPE-onderzoek mogelijk hebben gemaakt, zijn via de ESO Science Archive Facility vrij toegankelijk voor de internationale wetenschappelijke gemeenschap.
[2] Bij dit onderzoek is gekozen voor rode reuzensterren van de red clump-klasse, omdat deze als ‘standaardkaarsen’ kunnen worden gebruikt: in dit levensstadium is de helderheid van deze sterren bij benadering onafhankelijk van hun leeftijd of samenstelling. De hoeveelheid gas en stof die deze sterren verduistert kan rechtstreeks worden berekend uit de kleur die zij vertonen, wat het mogelijk maakt om hun ‘stofloze’ helderheidsverdeling te meten. Omdat red clump-sterren vrijwel dezelfde intrinsieke helderheid hebben, kunnen daaruit vervolgens de afstanden van de afzonderlijke sterren worden afgeleid. Dankzij de goede ruimtelijke dekking van de VVV-survey konden metingen door het volledige hart van de Melkweg worden gedaan. En daaruit kon de driedimensionale vorm van de bulge worden gereconstrueerd.
[3] Vergelijkbare pindastructuren zijn waargenomen in de bulges van andere sterrenstelsels, en hun ontstaan is ook voorspeld door computersimulaties. Deze laatste laten zien dat de pindavorm in stand wordt gehouden door sterren in omloopbanen die een X-vormige structuur vormen.
[4] De metingen van deze radiale snelheden zijn gedaan met de FLAMES-GIRAFFE-spectrograaf van ESO’s Very Large Telescope en de IMACS-spectrograaf van de Las Campanas-sterrenwacht.
[5] Veel sterrenstelsels, waaronder dus ook de Melkweg, hebben een lange, smalle structuur in hun centrum die ‘balk’ wordt genoemd.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in de artikelen ‘Mapping the three-dimensional density of the Galactic bulge with VVV red clump stars’ van C. Wegg et al., dat verschijnt in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, en ‘3D kinematics through the X-shaped Milky Way bulge’ van S. Vásquez et al., dat onlangs in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics is gepubliceerd. Het eerste onderzoeksteam bestaat uit C. Wegg en O. Gerhard (beiden Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland). Het tweede team bestaat uit S. Vásquez (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chili; ESO, Santiago, Chili), M. Zoccali (Pontificia Universidad Católica de Chile), V. Hill (Université de Nice Sophia-Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Nice, Frankrijk), A. Renzini (INAF − Osservatorio Astronomico di Padova, Italië; Observatoire de Paris, Frankrijk), O.A. González (ESO, Santiago, Chili), E. Gardner (Université de Franche-Comté, Besançon, Frankrijk), V.P. Debattista (University of Central Lancashire, Preston, VK), A.C. Robin (Université de Franche-Comté), M. Rejkuba (ESO, Garchingy), M. Baffico (Pontificia Universidad Católica de Chile), M. Monelli (Instituto de Astrofísica de Canarias & Universidad de La Laguna, La Laguna, Tenerife, Spanje), V. Motta (Universidad de Valparaiso, Chili) en D. Minniti (Pontificia Universidad Católica de Chile; Vaticaanse Sterrenwacht, Italië).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
