GAIA ziet sterren uit de verre ruimte vliegen tussen sterrenstelsels

GAIA neemt hogesnelheidssterren waar
De posities en de gereconstrueerde banen van 20 hogesnelheidssterren, weergegeven bovenop een beeld van ons sterrenstelsel. Credit: ESA/Marchetti et al. 2018/NASA/Hubble

In december 2013 lanceerde de Europese ruimtevaartorganisatie ESA de GAIA-missie. Sinds die tijd is deze ruimtetelescoop druk met het bestuderen van meer dan 1 miljard objecten in ons sterrenstelsel en daarbuiten. GAIA bestudeert onder andere sterren, planeten, kometen, asteroïden, quasars, etc. en dat allemaal met als doel de grootste en nauwkeurigste 3D catalogus ooit te maken.

ESA heeft ondertussen twee keer een dataset vrijgegeven en beide sets hebben geleid tot grote ontdekkingen. De laatste ontdekkingen zijn afkomstig van de Sterrewacht Leiden waar een team van astronomen de gegevens van de GAIA heeft gebruikt om de bewegingen van sterren die een hele grote eigenbeweging hebben te volgen. Ze hadden het vermoeden dat deze sterren uit ons sterrenstelsel werden geschopt maar uiteindelijk bleek dat ze juist naar ons sterrenstelsel toekwamen.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in de “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” onder de titel “Gaia DR2 in 6D: Searching for the fastest stars in the Galaxy“. Het onderzoek werd geleid door Tomasso Marchetti van de Sterrewacht Leiden.

Voor hun onderzoek gebruikten de astronomen gegevens van de tweede dataset van de GAIA (DR2) die op 25 april 2018 werd vrijgegeven en die is gebaseerd op waarnemingen die GAIA deed tussen 25 juli 2014 en 23 mei 2016. In deze dataset de posities, parallaxen en eigenbewegingen van ongeveer 1,2 miljard sterren. Onder deze sterren ook sterren die met een snelheid van honderden kilometers per seconde door ons sterrenstelsel reizen.

Astronomen zijn in dergelijke sterren geïnteresseerd omdat hun bewegingen iets kunnen vertellen over de geschiedenis van ons sterrenstelsel. De snelste klasse van deze sterren zijn de zogenaamde hypervelocity-sterren (HSV). Deze hogesnelheidssterren reizen met snelheden tot 700 kilometer per seconde op een afstand tussen 100 en 50.000 lichtjaar rond het centrum van ons sterrenstelsel. Men neemt aan dat deze sterren afkomstig zijn uit de kern van ons sterrenstelsel. Ze worden daaruit weggeschoten en dat hebben ze te danken aan het supermassieve zwarte gat dat zich daar bevindt.

Tot nu toe waren er slechts ongeveer 20 van dergelijke hogesnelheidssterren bekend maar de tweede publieke dataset van de GAIA geeft astronomen een unieke kans om er meer te vinden.

Van de 7 miljoen sterren waarvan GAIA de volledige 3D snelheidsmetingen had verricht waren er 20 die mogelijk snel genoeg konden bewegen om uit ons sterrenstelsel te ontsnappen.

In tegenstelling tot wat de astronomen verwachtten bleek dat de meeste van deze hogesnelheidssterren naar het centrum van ons sterrenstelsel toe raceten in plaats er vandaan. Dus in plaats van dat het sterren zijn die ons sterrenstelsel uit worden geschopt is het heel goed mogelijk dat het sterren zijn die vanuit een ander sterrenstelsel naar ons toegekomen zijn. Mogelijk zijn ze afkomstig van de nabij gelegen Grote Magelhaanse Wolk of misschien zelfs een verder weg gelegen sterrenstelsel. Als dit inderdaad zo is dan zijn die sterren mogelijk te herleiden naar hun plaats van herkomst.

Op dezelfde manier als een Martiaanse meteoriet ons van alles kan vertellen over de structuur en de samenstelling van Mars kan de studie van deze sterren ons veel leren over de samenstelling van sterren in een ander sterrenstelsel. Het feit dat deze hogesnelheidssterren door ons eigen sterrenstelsel reizen geeft astronomen ook de gelegenheid om extragalactische sterren vanaf een veel kleinere afstand te bestuderen dan voorheen mogelijk was.

Door de interactie met zwarte gaten kan de beweging van sterren sterk worden versneld. Dus de aanwezigheid van deze sterren kan een teken zijn van de aanwezigheid van dergelijke zwarte gaten in nabije sterrenstelsels. Maar de sterren kunnen ook deel uit gemaakt hebben van een dubbelstersysteem en zijn weggeschoten toen hun begeleider als een supernova explodeerde. Hoe dan ook, het bestuderen van deze sterren kan ons veel leren over processen in nabije sterrenstelsels.

Het onderzoeksteam erkent dat er ook nog een andere mogelijkheid is. Het is mogelijk dat deze nieuw ontdekte hogesnelheidssterren afkomstig zijn uit de halo van ons eigen sterrenstelsel en zijn versneld en naar binnen toe zijn geduwd toen ons sterrenstelsel contact maakte met een van de vele dwergsterrenstelsels waarmee het in zijn bestaan mee is versmolten. Het onderzoeksteam hoopt met behulp van telescopen aan de grond meer informatie te kunnen verkrijgen over de leeftijd en de samenstelling van deze sterren.

Deze gegevens zullen helpen om de herkomst en de aard van deze sterren met een grotere nauwkeurigheid te kunnen verklaren. Er volgen nog twee datasets van de GAIA. Dataset DR3 staat gepland voor 2021, de datum voor de laatste en dataset is nog niet bekend. Iedere dataset bevat nieuwe en nauwkeurigere informatie over steeds meer sterren.

Uiteindelijk verwacht men dat de volledige 3D beweging van 150 miljoen sterren bekend zal zijn. Hiermee kunnen vermoedelijk honderden of zelfs duizenden hogesnelheidssterren worden gevonden waardoor hun herkomst veel beter zal worden begrepen en ze astronomen kunnen helpen om de omgeving van de kern van ons sterrenstelsel als de geschiedenis van ons sterrenstelsel beter te beschrijven.

Dit onderzoek toont weer eens aan hoe effectief de GAIA is geweest tijdens zijn missie. Het is te verwachten dat tussen nu en de allerlaatste dataset zullen nog veel opwindende ontdekkingen over ons sterrenstelsel en zijn omgeving worden gedaan.

Bron: Royal Astronomical Society, MNRAS

 

Eerste publicatie: 8 oktober 2018