Amateurastronoom vindt vijf nieuwe sterrenstelsels

Een amateurastronoom uit Italië heeft vijf nieuwe dwergsterrenstelsels gevonden bij een ver verwijderd spiraalstelsel. Dit spiraalstelsel is een van de grootste sterrenstelsels die we kennen. Zijn naam is Guiseppe Donatiello en de vijf dwergsterrenstelsels zijn naar hem vernoemd en heten Donatiello V, Donatiello VI, Donatiello VII, Donatiello VIII en Donatiello IX.

Voor zover bekend is Donatiello de eerste en enige amateurastronoom waarnaar sterrenstelsels zijn vernoemd. Het begon met de eerste ontdekking in 2016 toen hij op zijn astrofoto’s het stelsel dat nu Donatiello I werd genoemd, aantrof. Ofschoon niet gebruikelijk kreeg dit sterrenstelsel zijn naam.

De nieuw gevonden satellietstelsels voegen zich bij drie eerder door Donatiello gevonden dwergsterrenstelsels die rond NGC 253 draaien. Dit is een sterrenstelsel in het sterrenbeeld Sculptor – Beeldhouwer.

Niet alleen zijn ultrazwakke kleine sterrenstelsels zoals deze, die gemiddeld 11,5 miljoen lichtjaar van de Aarde zijn verwijderd, lastig te detecteren, maar deze sterrenstelsels zouden astronomen kunnen hepen de oudste sterren in ons heelal te bestuderen, de aard en verspreiding van donkere materie te ontleden en misschien zelfs van invloed zijn op de huidige modellen van de kosmologie.

Over het algemeen zijn dwergstelsels objecten met een zeer lage helderheid. Het volstaat te zeggen dat veel satellieten van de Melkweg lastig zijn te detecteren om dat ze goed gecamoufleerd zijn in de sterrenvelden. Voor externe sterrenstelsels wordt dit steeds lastiger,. Al op slechts een paar megaparsec (één megaparsec is gelijk aan ongeveer 3,3 miljoen lichtjaar) zijn de zwakste dwergstelsels naar de hemelachtergrond verdwenen.

Elke nieuwe ontdekking is daarom belangrijk, zowel op het gebied van de tellingen als voor een betere kennis van deze systemen en hun evolutie.

Waar zijn alle dwergstelsels?

Omstreeks 1999 kenden astronomen slechts een tiental dwergstelsels rond onze Melkweg – maar dankzij ontdekkingen gedaan vanaf 2004 kennen we momenteel ongeveer 60 satellietstelsels. Dit is interessant omdat het ons iets kan vertellen over de dynamiek van donkere materie.

Het is bekend dat grote sterrenstelsels zich in het centrum van halo’s van donkere materie moeten bevinden die veel verder reiken dan de grootte van de sterrenschijf. Volgens kosmologen werden deze halo’s als eerste gevormd en fungeerden ze als zwaartekrachtbron voor het neutrale gas aan de oorsprong van de allereerste sterren, waardoor de eerste sterrenstelsels ontstonden.

Sommige van deze halo’s zijn dominant geworden door de zwaartekracht en fungeren als een aantrekker voor andere nabijgelegen halo’s. dit proces activeerde de hiërarchische vorming van grote sterrenstelsels. Bovendien bevat elke halo een aantal mini-halo’s die op hun beurt de kosmische steigers voor satellietstelsels vormden.

Er is echter een beetje een raadsel als het gaat om satellietstelsels en dat heeft te maken met een zeer geliefd kosmisch model dat bekend staat als het Lambda Cold Dark Matter (LCDM)-model, dat suggereert dat er werkelijk duizenden satellietstelsels rond de Melkweg en andere grote sterrenstelsels zouden moeten zijn. Simulaties gemaakt met behulp Van LCDM voorspellen zelfs dat ons naburige sterrenstelsel, Andromeda, omgeven zou moeten zijn door 500 tot 1000 satellietstelsels. Toch hebben astronomen er slechts 39 gezien rond Andromeda – inclusief Pisces II en Pegasus V, die door Donatiello zelf werden gevonden.

Deze discrepantie is bekend geworden als het “ontbrekende satellietprobleem”. Na 25 jaar is er nog geen overtuigende oplossing naar voren gekomen omdat, zelfs met de ontdekking van ultrazwakke sterrenstelsels, het aantal opmerkelijk laag blijft. Er zijn nog steeds aanzienlijk minder aantallen dwergstelsels dan verwacht, dus het probleem blijft bestaat: waar zijn ze allemaal?

Dit dilemma heeft ertoe geleid dat wetenschappers zich afvragen of het LCDM-model inderdaad kan voorspellen dat donkere materie fungeert als een platform voor het ontstaan van de grootste structuren in het heelal, maar instort als het de kosmos op kleinere schaal onderzoekt. Waarom zou het er niet in slagen voldoende aantallen dwergstelsels rond grote sterrenstelsels te detecteren?

Wat betreft waarom dit allemaal van belang is: de studie van dwergstelsels is van cruciaal belang voor ons begrip van de galactische evolutie, omdat het ons ook zou kunnen helpen de griezelige kannibalistische processen beter te begrijpen die grotere sterrenstelsels zoals de Melkweg en Andromeda hebben gebruikt om te groeien.

Er is al waargenomen dat een van de satellieten van NGC 253, ScI-MM-dw2, getijden vernietiging ondergaat terwijl het door het Sculptorstelsel wordt geabsorbeerd. Het stelsel vertoont duidelijke tekenen van recente interactie, evenals aanwijzingen van stellaire stromen, die verwijzen naar sterren die uit een dwergstelsel zijn gesleept door zwaartekrachtinteracties met een groter sterrenstelsel.

Om te onderzoeken of LCDM-modellen mogelijk moeten worden herzien of dat de inspanningen moeten worden opgevoerd om dwergstelsels rond grotere sterrenstelsels te vinden, wendden Donatiello en zijn team zich tot archiefgegeven verzameld door het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) op de 4-meter Mayall-telescoop van de Kitt Peak-sterrenwacht.

In 2021 begon het instrument met een vijf jaar durend onderzoek van 35 miljoen sterrenstelsels en quasars, maar Donatiello en collega’s concentreerden zich specifiek op hun waarnemingen van het Sculptor-sterrenstelsel en zijn omgeving. NGC 253 is, dankzij de nabijheid, een optimaal laboratorium voor het onderzoeken van deze structuren, hun interactie en evolutie. Astronomen kunnen de halo van dit nabijgelegen sterrenstelsels bestuderen door er een algemeen beeld van te krijgen, wat voor de Melkweg in mogelijk is omdat we er ons midden in bevinden.

Dit onderzoek leidde tot de ontdekking van acht dwergstelsels in de Scultor-galactische groep: het team onthulde er drie in 2021 en de vijf andere meer recent. Astronomen kunnen nu 18 sterrenstelsels in de groepering rond NGC 253, waaronder NGC247, in 2011 gevonden, en enkele dwergstelsels met een grotere massa.

Toch vallen de nieuwe ontdekkingen van het team op vanwege hun zwakte.

Alle andere satellietstelsels in deze groep zijn bolvormige dwergen die lijken op de “klassieke” satellietstelsels van de Melkweg. Dankzij de telling van de satellietstelsels van NGC 253 hebben astronomen nu een manier om te vergelijken hoe zwakkere systemen geleidelijk verdwijnen naarmate de afstand groter wordt.

Scheef en ongeorganiseerd

De telling door het team van het Sculptorstelsel en zijn omgeving heeft mogelijk meer satellietstelsels aan het licht gebracht, waardoor het beeld van dit gebied dichter bij het door LCDM voorspelde beeld komt, maar het leverde ook enkele verrassingen op. Dit omvat het feit dat de verdeling van dwergstelsels rond NGC 253 “scheef” lijkt te zijn, waarbij meer sterrenstelsels aan de ene kant van het Sculptorstelsel liggen dan aan de andere kant.

Donatiello merkte op dat de reden voor deze scheefheid verband zou kunnen houden met het feit dat de satellietstelsels van de Sculptor Groep deel uitmaken van een galactisch “filament” dat bijna perfect uitgelijnd is met de Virgo Cluster, een grote cluster van sterrenstelsels waarvan het centrum zich op ongeveer 54 miljoen lichtjaar bevindt.

Wat wij beschouwen als satellietstelsels zijn eigenlijk vallende objecten die worden aangetrokken door het grotere sterrenstelsel, legt Donatiello uit. In alle gevallen van structuren in hetzelfde vlak of met onevenwichtige verdelingen vinden de onderzoekers een nauwe relatie met dit kosmische filament. Men kan dus veronderstellen dat de specifieke scheve structuur door dit scenario wordt aangestuurd. Anders zou men een gelijkmatigere verdeling moeten verwachten.

Er zijn onlangs nog extremere objecten gevonden, bestaande uit enkele tientallen sterren, die moeilijk als sterrenstelsels kunnen worden geïdentificeerd en die als haloclusters worden bestempeld. Er wachten waarschijnlijk honderden van dergelijke sterrensystemen om ontdekt te worden. Er is nog ruimte voor meer ontdekkingen. De DESI-gegevens zijn echter mogelijk niet diep genoeg om nieuwe kandidaten met ene lage helderheid te vinden.

Donatiello voegt eraan toe dat nieuwe, krachtigere onderzoeksinstrumenten, zoals de Vera C. Rubin-telescoop, dit onderzoek zouden kunnen oppakken door systemen te detecteren die zo zwak zijn dat ze op een bepaalde afstand feitelijk onzichtbaar zijn voor de huidige technologie.

Wat als we niet genoeg ultrazwakke dwergstelsels vinden om het ontbrekende satellietprobleem op te lossen? Volgens Donatiello moeten we er rekening mee houden dat de modellen moeten worden herzien of dat een of ander mechanisme het overneemt dat stervorming onder een bepaalde massalimiet van halo’s van donkere materie remt.

Het kan ook zijn dat er iets mis is met de timing van het ontstaan van de grotere sterrenstelsels en dat de meeste dwergstelsels bijna allemaal zijn opgeslokt door de grotere.

Op dit moment dragen negen sterrenstelsel, waaronder acht dwergsatellieten van het Sculptor-stelsel, de naam van Donatiello – maar voor hem gaat dit onderzoek meer over de sensatie van nieuwe ontdekkingen dan over de eer dat zijn naam wordt geïntegreerd in de astronomieboeken.

Volgens Donatiello is het een fijn gevoel dat er iets naar hem is vernoemd maar hij is er ondertussen ook al een beetje aangewend geraakt.

De bevindingen van het team zijn beschikbaar als een pre-peer-reviewed artikel op de research repository arXiv.

Eerste publicatie: 27 mei 2024
Bron: sci-news