Antlia 2 – een groot dwergsterrenstelsel in een baan om de Melkweg ontdekt

Ons sterrenstelsel volgens GAIA
Gaia’s all-sky view van ons sterrenstelsel en de nabije sterrenstelsels gebaseerd op metingen van bijna 1,7 miljard sterren. Copyright: ESA/Gaia/DPAC

Astronomen hebben door het combineren van gegevens van de Gaia ruimtetelescoop een wat zij noemen spooksterrenstelsel ontdekt. Het sterrenstelsel met de naam Antlia 2 (Ant 2) is een dwergsterrenstelsel met een extreem lage dichtheid dat in de jonge jaren van ons heelal is ontstaan. Het is door de aantrekkingskrachten van ons eigen sterrenstelsel ontdaan van zijn massa.

Dit spooksterrenstelsel heeft zich al die tijd voor ons eigen neus verborgen weten te houden. Door de hele lage dichtheid en de positie ten opzichte van ons is het nauwelijks te detecteren. Het is verborgen achter de sluier van de schijf van onze Melkweg in een gebied die door astronomen de “vermijdingszone” noemen. Maar Antlia 2 is heel erg groot: ongeveer even groot al de Grote Magelhaanse Wolk en ongeveer een derde van de grootte van ons eigen melkwegstelsel.

Antlia 2 is door een internationaal team van astronomen gevonden toen ze de tweede dataset van de Gaia ruimtetelescoop doornamen. Ze waren op zoek naar dwergsterrenstelsel in de buurt van ons melkwegstelsel en ze maakten daarbij gebruik van zogenaamde RR Lyrae-sterren. Dit zijn oude, metaalarme sterren die vooral in dwergsterrenstelsels worden aangetroffen. Dus als je RR Lyrae-sterren vindt dan heb je vermoedelijk een dwergsterrenstelsel gevonden.

In verschillende opzichten lijkt Antlia 2 op andere dwergsterrenstelsels. Alle sterrenstelsels, inclusief dwergsterrenstelsels, zoals deze, zijn ontstaan samen met donkere materie. Zoals hun naam aangeeft zijn dwergsterrenstelsels kleiner en hebben ze minder sterren dan andere sterrenstelsels. Een dwergsterrenstelsel heeft slechts ongeveer 100 miljoen sterren tot misschien een paar miljard. Vergeleken met ons melkwegstelsel dat ergens tussen de 200 en 400 miljard sterren bevat zijn het dus inderdaad maar dwergen.

De sterren in een dwergsterrenstelsel zijn ook anders dan in andere sterrenstelsels. Dwergsterrenstelsels behoren tot de oudste structuren in het heelal dus ook hun sterren zijn ouder en armer aan metalen. Ze ontstonden in de begindagen van het heelal voordat opeenvolgende generaties sterren het heelal van metalen hadden voorzien.

Veel dwergsterrenstelsels ondervinden de aantrekkingskrachten van grotere sterrenstelsels die zich in hun buurt bevinden en Antlia 2 vormt daar geen uitzondering op. Ze worden vaak aangetroffen in de buurt van grotere sterrenstelsels en ze zijn dan helemaal vervormd. Uiteindelijk kan het zelfs leiden tot een fusie tussen de beide stelsels en dat is mogelijk ook wat er gaat gebeuren met Antlia 2.

Antlia 2 is echter anders dan anders dwergsterrenstelsel. Het stelsel zendt namelijk nauwelijks licht uit. Vergeleken met de Grote Magelhaanse Wolk, een van de andere satellietsterrenstelsels van ons melkwegstelsel, is het 10.000 maal zwakker. Het is maar hoe je er tegenaan kijkt: of het is te groot voor zijn helderheid of het is te lichtzwak voor zijn grootte.

Astronomen hebben nog nooit een dergelijke zwakke structuur gezien. De ontdekking was, volgens de onderzoekers, alleen mogelijk dankzij de kwaliteit van de data van de Gaia.

De Gaia-missie heeft de tot nu toe beste stercatalogus geproduceerd en bevat inmiddels de precieze gegevens van bijna 1,7 miljard sterren. De data hebben geleid tot voorheen onbekende details over ons sterrenstelsel. Ze laten onder andere zien hoe ons sterrenstelsel ongeveer 10 miljard jaar geleden met een ander sterrenstelsel is gefuseerd. De tweede dataset van de Gaia maakte nieuwe details over de sterren van ons sterrenstelsel beschikbaar voor astronomen over de hele wereld en het is een ware schatkist voor onderzoekers.

A graphic summary of Gaia’s second data release. Image Credit: By ESA, CC BY-SA 3.0-igo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=68049468

Het team astronomen achter dit onderzoek is afkomstig van Taiwan, Engeland, de Verenigde Staten, Australië en Duitsland. Ze waren in de tweede dataset van Gaia op zoek naar RR Lyrae sterren om daarmee meer dwergsterrenstelsels te vinden. RR Lyrae sterren zijn oude sterren die typische en goed bestudeerde helderheidspulsaties van een halve dag vertonen.

In alle bekende dwergsterrenstelsels zijn RR Lyrae sterren gevonden dus toen de onderzoekers een groep dergelijke sterren vond boven de galactische schijf waren ze niet echt verrast. Maar toen ze beter keken naar de positie aan de sterrenhemel bleek dat ze iets nieuws hadden gevonden want er bleek zich geen eerder geïdentificeerd object te bevinden in de databases die ze hadden aan te pakken. De onderzoekers vragen zich af of dit sterrenstelsel het topje van de ijsberg is en ons melkwegstelsel is omgeven door een grote populatie van bijna onzichtbare dwergsterrenstelsels zoals Antlia 2.

Het team waarschuwen hun collega’s van de Anglo-Australian Telescope (AAT) in Australië. Onder een strak tijdsschema bepaalden astronomen van de AAT de spectra van meer dan 100 rode reuzen in het spooksterrenstelsel. Deze spectra leverden de bevestiging op die de onderzoekers nodig hadden.

Deze spectra lieten zien dat alle sterren samen bewegen. Antlia 2 komt nooit te dicht in de buurt van ons sterrenstelsel en blijft altijd op een afstand van minstens 130.000 lichtjaar. De onderzoekers waren in staat om de massa van het sterrenstelsel te bepalen en die wat veel lager dan ze verwachtten voor een object van deze grootte.

De eenvoudigste verklaring voor het feit dat Antlia 2 tegenwoordig zo weinig massa heeft is dat het uit elkaar is gerukt door de getijdekrachten van ons sterrenstelsel. Wat niet kan worden verklaard is de grootte van het object. Als sterrenstelsels massa verliezen krimpen ze normaal gesproken en worden ze niet groter.

Antlia 2 is dus een beetje een puzzeltje. Het is erg groot voor iets met zo weinig massa. Het verwijderen van massa kan een spooksterrenstelsel niet groter maken. Er moet dus een andere reden zijn dat het groeit terwijl het materie verliest maar tot nu toe heeft niemand een goede verklaring. De huidige theorieën over het ontstaan van sterrenstelsels voorspellen geen objecten als Antlia 2.

Een van de speculaties suggereert dat sterke stervorming in Antlia 2 er voor zorgt dat het uitdijt terwijl onze Melkweg in de tussentijd de massa steelt. Stellaire winden en supernova explosie kunnen ongebruikt gas wegduwen waardoor de zwaartekracht die het sterrenstelsel bij elkaar houdt vermindert en dat de donkere materie die er mee is geassocieerd uit gaat zetten. Maar dit is helemaal niet bewezen.

Andere speculaties betreffen donker materie zelf, misschien is er een andere soort van donkere materie. Huidige theorieën voorspellen dat donkere materie zich samenpakt in de kern van sterrenstelsels. Maar het diffuse en uitgestrekte uiterlijk van Antlia 2 betekent misschien dat er een ander soort donkere materie is dat minder snel samentrekt. Vergeleken met de rest van de ongeveer 60 bekende satellietstelsels van de Melkweg is Antlia 2 een hele rare.

Het vinden van een vreemd spooksterrenstelsels zoals Antlia 2 is verbazingwekkend maar niet geheel onverwachts. Met het toenemen van de gevoeligheid van waarneemmethodes worden er meer zwakke sterrenstelsels gevonden. Het was wellicht een kwestie van tijd voordat er eentje werd gevonden in de “ontwijkingszone”. Maar of het nu het enige sterrenstelsel is dat daar is gevonden of dat er dankzij de kracht van de Gaia nog meer worden aangetroffen is nog steeds een onbeantwoorde vraag. Astronomen zullen in ieder geval hun theorieën moeten gaan bijslijpen.

Bronnen:

 

Eerste publicatie: 21 november 2018