De Melkweg heeft in zijn prille jeugd een ander sterrenstelsel opgeslokt. Deze gebeurtenis vond 10 miljard jaar geleden plaats en had flinke gevolgen voor de structuur van ons sterrenstelsel. Een onderzoeksgroep onder leiding van de Groningse hoogleraar Amina Helmi ontdekte aanwijzingen hiervoor in de beweging en samenstelling van nabijgelegen sterren.
Tien miljard jaar geleden ontmoette de Melkweg een kleiner sterrenstelsel. Eerst draaiden de twee voorzichtig om elkaar heen. Maar door de onderlinge zwaartekracht werden ze steeds sterker naar elkaar toegetrokken. Uiteindelijk raakten de (waarschijnlijk) honderden miljoenen sterren van het kleinere stelsel geleidelijk vermengd met die van de Melkweg.
Deze ontstaansgeschiedenis volgt uit metingen van de Gaia-ruimtetelescoop en de APOGEE-survey, gecombineerd met computersimulaties van fuserende sterrenstelsels.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Flinke veranderingen in de Melkweg
Het opgeslokte stelsel, dat de onderzoekers Gaia-Enceladus hebben genoemd, was ongeveer vier keer kleiner de Melkweg destijds en tien keer kleiner dan de huidige Melkweg.
De samensmelting zorgde voor flinke veranderingen. ‘Ten tijde van de botsing was er al een schijf van sterren aanwezig in de jonge Melkweg’, zegt Anthony Brown van de Universiteit Leiden. ‘De botsing leidde tot verstoringen in de baanbewegingen van de sterren in de al aanwezige schijf. Daardoor gingen de sterren heftig op en neer bewegen ten opzichte van het vlak van de schijf. Zo werd de schijf effectief dikker.’
Een ander gevolg van de botsing is de binnenste halo van de huidige Melkweg. De halo is het bolvormige gebied dat zich rondom de centrale schijf van het sterrenstelsel bevindt. Het binnenste gedeelte daarvan bestaat grotendeels uit sterren van het voormalige Gaia-Enceladus.
Tegendraadse sterren
De Gaia-Enceladus-sterren zijn inmiddels volledig vermengd met de Melkweg. Alleen hun tegendraadse beweging en afwijkende samenstelling verraadt dat ze niet tot de ‘oorspronkelijke’ sterrenpopulatie van de Melkweg behoren.
Die tegendraadse bewegingen werden opgemerkt dankzij de Gaia-ruimtetelescoop, die sinds 2013 de positie en beweging van sterren vastlegt. De onderzoekers gebruikten de data van zeven miljoen sterren waaronder een groep van 33.000 sterren die zich opvallend gedraagt. Deze groep beweegt in een richting tegengesteld aan die van de andere sterren om het centrum van de Melkweg draait.
De onderzoekers vergeleken deze metingen van Gaia met simulaties van een botsing tussen de Melkweg en een ander sterrenstelsel. Deze simulaties kunnen de gemeten sterbewegingen goed verklaren. Dat duidt erop dat er een botsing was.
Vervolgens gingen de onderzoekers aan de slag om de eigenschappen van Gaia-Enceladus en de botsing in kaart te brengen. Met gegevens over de helderheid van sterren, eveneens gemeten door Gaia, konden ze bijvoorbeeld afleiden hoe oud de sterren zijn. Daaruit volgt dat de botsing met de Melkweg ongeveer 10 miljard jaar geleden plaatsvond.
De massa van Gaia-Enceladus werd door collega’s bepaald aan de hand van de chemische samenstelling van de tegendraadse sterren, zegt Helmi. Hieruit bleek dat Gaia-Enceladus een massa had van ongeveer 600 miljoen keer die van de zon. ‘Deze schatting is wat onzeker omdat het model niet alle details van de het ontstaan en de evolutie van Gaia-Enceladus beschrijft’, zegt Brown. ‘Maar dat het een flink stelsel betrof, daar twijfelen wij niet aan.’
Botsingen in het heelal
Dit is niet de eerste keer dat de Gaia-data onthult dat de Melkweg een intieme ontmoeting had met een ander sterrenstelsel. Eind september publiceerde Helmi met collega’s ook een artikel over een botsing. Die gebeurtenis vond ‘slechts’ 500 miljoen jaar geleden plaats en had veel minder invloed op de Melkweg dan de nieuw ontdekte samensmelting. De botsing was met een veel kleiner sterrenstelsel die de Melkweg enkel schampte. Dit bleek uit Gaia-data die op- en neerwaartse bewegingen van sterren liet zien. Die beweging, schreven de onderzoekers destijds, is waarschijnlijk veroorzaakt door dat veel kleinere sterrenstelsel dat de Melkweg een duw gaf, waardoor de sterren op en neer gingen deinen. Beide sterrenstelsels vervolgde 500 miljoen jaar geleden bijna ongeschonden hun weg door het heelal.
Lang werd door astronomen gedacht dat botsingen tussen sterrenstelsels zeldzaam zijn en niet veel invloed hebben op de structuur van sterrenstelsel. Beide artikelen laten met de Gaia-metingen het tegendeel zien.
‘De geschiedenis van deze botsingen tussen sterrenstelsels staat in de sterren geschreven’, schrijft Kim Venn van de universiteit van Victoria, Canada in het bijbehorende news and views-artikel dat gelijktijdig in Nature gepubliceerd werd.
We moeten de details van het verhaal alleen nog ontcijferen.