Astronomen ontdekken de Gigant die onze Melkweg vorm gaf

Gaia-Enceladus
Vergelijking van een still uit de simulatie (links) met een artistieke impressie van de Gigant Enceladus die wordt verzwolgen door de Melkweg (rechts). Credit links: H.H. Koppelman, A. Villalobos, A. Helmi. Credit rechts: R. van der Woude, A. Helmi, Coyau (Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0), NASA/STScI (samengesteld uit afbeelding A en B).

Ongeveer 10 miljard jaar geleden is ons sterrenstelsel versmolten met een veel groter sterrenstelsel. De sterren van deze partner, Gaia-Enceladus genoemd, vormen voor een groot deel de halo van ons sterrenstelsel en hebben ook de dikke schijf vormgegeven. Een beschrijving van deze grote samensmelting, die is ontdekt door een internationaal team van astronomen onder leiding van de astronome Amina Helmi van de universiteit van Groningen, is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Grote sterrenstelsels zoals het onze zijn het resultaat van fusies van kleinere sterrenstelsels. Een nog niet beantwoorde vraag is of ons sterrenstelsel het resultaat is van de fusie van veel kleine sterrenstelsels of slechts een paar grote sterrenstelsels. Amina Helmi, professor in de astronomie aan de universiteit van Groningen heeft een groot deel van haar carrière gezocht naar fossielen in ons sterrenstelsel die mogelijk aanwijzingen geven over de evolutie van ons sterrenstelsel. Ze maakt gebruik van de chemische samenstelling, positie en de eigenbeweging van sterren in de halo om op die manier hun geschiedenis te achterhalen en hiermee de sterrenstelsels te identificeren die hebben geleid tot de jonge Melkweg.

Afgelopen april werd de tweede dataset van de Gaia vrijgegeven en daarmee kreeg professor Helmi de beschikking over de gegevens van ongeveer 1,7 miljard sterren. Helmi is ongeveer 20 jaar lang betrokken geweest bij de ontwikkeling van de Gaia-missie en maakte deel uit van het team dat de data van de tweede set heeft gevalideerd. Ze heeft nu deze data gebruikt om te zoeken naar sporen van fusies in de halo. Men had sterren van gefuseerde satellietstelsels verwacht in de halo maar men had niet verwacht dat de meeste sterren in de halo eigenlijk een gezamenlijke afkomst hebben van slechts één groot fusie-sterrenstelsel.

De video toont een N-bodysimulatie van de versmelting van een Melkwegachtig sterrenstelsel (sterren in blauw) en een kleiner stelsel dat in massa lijkt op de Kleine Magelhaense Wolk (sterren in rood). Aanvankelijk zijn de stelsels duidelijk van elkaar gescheiden, maar de zwaartekracht trekt ze naar elkaar toe wat leidt tot het opslokken van het kleinere stelsel. Credit: H.H. Koppelman, A. Villalobos en A. Helmi (doorzichtig beeld van de Melkweg aan het begin: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)

Dikke schijf

De chemische handtekening van veel sterren in de halo was wezenlijk anders dan die van de standaard melkwegsterren. Het is bovendien een behoorlijk homogene groep en dat duidt erop dat ze een gezamenlijke oorsprong hebben. Door zowel de banen als de chemische samenstelling uit te zetten werden de “nieuwe” sterren duidelijk als groep binnen ons sterrenstelsel. In de dikke schijf van ons sterrenstelsel bleek dat de jongste sterren van Gaia-Enceladus zijn duidelijk jonger dan de autochtone melkwegsterren en dat betekent dat de voorloper van deze schijf al aanwezig was toen de fusie plaatsvond en die door Gaia-Enceladus vanwege zijn grotere grootte door elkaar werd geschud.

In een eerder artikel had professor Helmi al een grote bubbel van sterren beschreven die een gezamenlijke herkomst hebben. Nu toont ze aan dat sterren van die bubbel in de halo de overblijfselen zijn van de fusie van ons sterrenstelsel met een sterrenstelsel dat een beetje zwaarder was dan de Kleine Magelhaanse Wolk. Deze fusie heeft ongeveer 10 miljard jaar geleden plaatsgevonden. Dit sterrenstelsel wordt Gaia-Enceladus genoemd naar de gigant Enceladus die in de Griekse mythologie uit Gaia werd geboren (Gaia is de godin van de Aarde) en Uranus (De god van de hemel).

De gegevens over de kinematica, chemie, leeftijd en ruimtelijke verdeling van de autochtone melkwegsterren en de overblijfselen van Gaia-Enceladus deden prof. Helmi denken aan simulaties die tien jaar geleden door een voormalig student werden uitgevoerd. Zijn simulaties van de fusie tussen een groot schijfvormig sterrenstelsel en de jonge Melkweg produceerden een verdeling van sterren van beide objecten die volledig in lijn is met wat de Gaia-satelliet nu heeft waargenomen.

Artikel: Amina Helmi et al, The merger that led to the formation of the Milky Way’s inner stellar halo and thick disk, Nature (2018).

 

Eerste publicatie: 3 november 2018