Meeste dwergsterrenstelsels bij onze Melkweg zijn nieuwelingen

De gegevens van de Gaia-missie van de ESA herschrijven de geschiedenis van ons sterrenstelsel. Wat altijd werd gezien als satellietstelsels van onze Melkweg blijken nu voornamelijk nieuwkomers in onze galactische omgeving te zijn.

dwergsterrenstelsels bij onze Melkweg
Ons sterrenstelsel wordt omringd door ongeveer 50 dwergsterrenstelsels. De meeste van die sterrenstelsels zijn alleen zichtbaar met behulp van telescopen en ze zijn vernoemd naar het sterrenbeeld waarin de aan de sterrenhemel lijken te staan (bijvoorbeeld, Draco, Sculptor, Leo). Echter, de twee meest bekende dwergsterrenstelsels worden de Grote Magelhaanse Wolk en de Kleine Magelhaanse Wolk genoemd en deze twee zijn eenvoudig met het blote oog zichtbaar. Traditioneel wordt aangenomen dat deze dwergsterrenstelsels al miljarden jaren als satellieten rond ons sterrenstelsel draaien. Echter laten nieuwe gegevens van de Europese Gaia-satelliet nu zien dat de meeste van die dwergsterrenstelsels pas voor de eerste keer ons sterrenstelsel passeren. Dit noopt astronomen ertoe om de geschiedenis en het ontstaan van ons sterrenstelsel te herzien, samen met de herkomst en de samenstelling van de dwergsterrenstelsels.

Een dwergsterrenstelsel is een verzameling van duizend tot enkele miljarden sterren. Al tientallen jaren wordt aangenomen dat de dwergsterrenstelsels die onze Melkweg omringen satellieten zijn. Dit  betekent dat ze door ons eigen sterrenstelsel zijn ingevangen en er in een baan omheen draaien en dat ze ons al miljarden jaren vergezellen. Met dank aan de derde dataset van de Gaia-satelliet zijn de bewegingen van deze dwergsterrenstelsels nu voor het eerst met een zeer hoge precisie betekend en dit leverde verrassende resultaten op.

Francois Hammer van het Observatoire de Paris en collega’s uit Europa en China gebruikten de Gaia gegevens om de bewegingen van 40 dwergsterrenstelsels rond onze Melkweg te berekenen. Ze deden dit door voor elk sterrenstelsel de driedimensionale snelheden te berekenen. Deze gegevens werden vervolgens gebruikt om de baanenergie en het impulsmoment van de sterrenstelsels te berekenen.

Ze ontdekten dat deze sterrenstelsels veel sneller draaien dan  de grote sterren en sterrenhopen waarvan we weten dat ze om ons sterrenstelsel draaien. Ze draaien zelfs zo snel dat ze niet in een baan om onze Melkweg kunnen zijn want dan zouden de interacties met ons sterrenstelsel en zijn inhoud hun baanenergie en impulsmoment hebben verlaagd.

Ons sterrenstelsel heeft in het verleden verschillende dwergsterrenstelsels opgeslokt. Zo werd bijvoorbeeld 8 – 10 miljard jaar geleden een dwergsterrenstelsel, Gaia-Enceladus, door ons sterrenstelsel opgeslokt. De sterren van dit stelsel kunnen aan de hand van hun excentrische banen en energieën die ze bezitten, teruggevonden worden in de gegevens van Gaia.

Meer recent, ongeveer 4 tot 5 miljard jaar geleden, werd het Sagittarius dwergsterrenstelsel door onze Melkweg ingevangen en dit sterrenstelsel wordt momenteel uit elkaar getrokken en verorbert. De energie van zijn sterren is groter dan die van Gaia-Enceladus en dat duidt erop dat ze pas korter door onze Melkweg worden beïnvloedt.

De dwergsterrenstelsels in het nieuwe onderzoek vertegenwoordigen de meerderheid van de dwergsterrenstelsels bij onze Melkweg. Deze hebben nog steeds een hogere energie dat wijst er volgens de onderzoekers op dat ze pas in de afgelopen miljarden jaren hier zijn aangekomen.

De ontdekking weerspiegelt die van de Grote Magelhaanse Wolk. Dit is een groter dwergsterrenstelsel dat zich zo dicht bij ons bevindt dat het als een vlekje vanaf het zuidelijk halfrond zichtbaar is. Tot voor kort werd aangenomen dat de Grote Magelhaanse Wolk een satellietstelsel was maar toen astronomen de snelheid konden meten bleek die veel te hoog te zijn om gravitationeel verbonden te zijn met ons sterrenstelsel. In plaats van een begeleider te zijn bezoekt de Grote Magelhaanse Wolk ons voor het eerst. We weten nu dat dat geldt door het merendeel van de dwergsterrenstelsels.

Van deze nieuwkomers zullen er enkele door ons sterrenstelsels worden ingevangen terwijl anderen verder reizen. Welke precies worden ingevangen is lastig te berekenen want dat hangt af van de exacte massa van ons sterrenstelsel en dat is iets wat astronomen niet nauwkeurig genoeg weten.

De ontdekking van de energieën van de dwergsterrenstelsels is belangrijk omdat het astronomen dwingt de herkomst van deze dwergsterrenstelsels opnieuw te bekijken.

Terwijl een dwergsterrenstelsel in zijn baan draait zal de aantrekkingskracht van de Melkweg proberen het uit elkaar te trekken. In de natuurkunde staat dit bekent als de getijdenkracht. De Melkweg is een groot sterrenstelsel dus de getijdenkracht is ook gigantisch groot en het is heel gemakkelijk om een dwergsterrenstelsel na een of twee passages te vernietigen.

Met andere woorden, een metgezel worden van ons sterrenstelsel betekent een zekere dood voor dwergsterrenstelsels. Het enige dat de vernietigende greep van ons sterrenstelsel zou kunnen weerstaan is een dwergsterrenstelsel met een aanzienlijke hoeveelheid donkere materie. Donkere materie is de mysterieuze substantie waarvan astronomen denken dat ze in het heelal bestaat om de extra zwaartekracht te leveren om individuele sterrenstelsels bij elkaar te houden.

En dus, in de traditionele opvatting dat de dwergen van de Melkweg satellietstelsels waren die al vele miljarden jaren in een baan om ons sterrenstelsel draaien, werd aangenomen dat ze gedomineerd moesten worden door donkere materie om de getijdenkrachten van de Melkweg in evenwicht en intact te houden. Het feit dat Gaia heft onthuld dat de meeste dwergsterrenstelsels voor het eerst om de Melkweg cirkelen betekent dat ze helemaal geen donkere materie hoeven te bevatten en we opnieuw moeten beoordelen of deze systemen in evenwicht zijn of beter gezegd in het proces van vernietiging.

Voor een heel groot deel dankzij Gaia is het nu duidelijk dat de geschiedenis van ons sterrenstelsel heel anders is dan astronomen eerder hebben aangenomen. Door deze prikkelende aanwijzingen te onderzoeken hopen we de fascinerende hoofdstukken in het verleden verder te ontdekken, aldus Timo Prusti, Gaia-wetenschapper van de ESA.

Artikel: Gaia EDR3 proper motions of Milky Way Dwarfs. II: Velocities, Total Energy and Angular Momentum.

Eerste publicatie: 27 november 2021
Bron: Spacedaily & anderen