maandag, februari 10, 2025
Astronomisch Nieuws

Ontdekking van oude sterren in de dunne stellaire schijf van de Melkweg

Een verrassende ontdekking over de evolutie van het heelal, met behulp van Gaia-gegevens, vond een groot aantal oude sterren in banen die vergelijkbaar zijn met onze Zon. Ze vormden, minder dan 1 miljard jaar na de Oerknal, de dunne schijf van de Melkweg en dat is enkele miljarden jaren eerder dan werd aangenomen.

Rotatiebeweging van jonge (blauw) en oude (rood) sterren die lijken op de zon (oranje).
Rotatiebeweging van jonge (blauw) en oude (rood) sterren die lijken op de zon (oranje). Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)

Het Melkwegstelsel heeft een grote halo, een centrale uitstulping en balk, een dikke schijf en een dunne schijf. De meeste sterren bevinden zich in de zogenaamde dunne schijf van de Melkweg en volgen een georganiseerde rotatie rond het galactische centrum. Middelbare sterren zoals onze 4,5 miljard jaar oude Zon behoren tot de dunne schijf, waarvan algemeen werd aangenomen dat deze zich ongeveer 8 tot 10 miljard jaar geleden begon te vormen.

Het begrijpen van hoe de Melkweg is ontstaan, is een belangrijk doel van galactische archeologie. Om dit te bereiken zijn gedetailleerde kaarten van het sterrenstelsel nodig die de leeftijden, chemische samenstellingen en bewegingen van sterren weergeven. Deze kaarten, bekend als chrono-chemokinematische kaarten, helpen om de geschiedenis van ons sterrenstelsel samen te stellen. Het maken van deze gedetailleerde kaarten is een uitdaging omdat het grote datasets van sterren met nauwkeurig bekende leeftijden vereist.

Een veelgebruikte aanpak om deze uitdaging te overwinnen is om zeer metaalarme sterren te bestuderen, die oud zijn, om een venster te bieden op de vroege Melkweg. Zeer metaalarme sterren staan bekend als oud omdat ze tot de eerste sterren behoorden die ontstonden toen het heelal nog grotendeels uit waterstof en helium bestond, voordat veel op de zwaardere elementen werden gecreëerd en verdeeld door opeenvolgende generaties sterren.

Met behulp van een dataset van de Gaia-missie van de ESA bestudeerde een internationaal team onder leiding van astronomen van het Leibnitz-Institut für Astrophysik in Potsdam sterren in de buurt van de Zon, ongeveer 3200 lichtjaar rond de Zon. Ze ontdekten een verrassend aantal zeer oude sterren in dunne schijfbanen; de meeste hiervan zijn ouder dan 10 miljard jaar, sommige zelfs ouder dan 13 miljard jaar.

Deze oude sterren vertonen een breed scala aan metaalsamenstellingen: sommige zijn zeer metaalarm (zoals verwacht), terwijl andere twee keer zoveel metaal bevatten als onze Zon, wat aangeeft dat er een snelle metaalverrijking heeft plaatsgevonden in de vroege fase van de evolutie van de Melkweg.

Volgens de onderzoekers suggereren deze oude sterren in de schijf dat de vorming van de dunne schijf van de Melkweg veel eerder begon dan eerder werd gedacht, ongeveer 4 – 5 miljard jaar.

Dit onderzoek benadrukt dan ook dat ons sterrenstelsel in de vroege tijdperken een intense stervorming onderging, wat leidde tot een zeer snelle metaalverrijking in de binnenste regionen en de vorming van de schijf. Deze ontdekking brengt de schijfvormingstijdlijn van de Melkweg in lijn met die van sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving die zijn waargenomen door de Webb Space Telescope en de ALMA radiotelescoop.

Het geeft aan dat koude schijven zich heel vroeg in de geschiedenis van het heelal kunnen vormen en stabiliseren, wat nieuwe inzichten biedt in de evolutie van sterrenstelsels.

Volgens de onderzoekers suggereert hun studie dat de dunne schijf van de Melkweg zich mogelijk veel eerder heeft gevormd dan werd gedacht en dat de vorming ervan sterk verband houdt met de vroege chemische verrijking van de binnenste regionen van ons sterrenstelsel. De combinatie van gegevens uit verschillende bronnen en de toepassing van geavanceerde machine learningtechnieken hebben de onderzoekers in staat gesteld om het aantal sterren met hoogwaardige stellaire parameters te vergroten, een belangrijke stap om het team naar nieuwe inzichten te leiden.

De resultaten werden mogelijk gemaakt door de derde datarelease van de Gaia-missie. Het team analyseerde de stellaire parameters van meer dan 800.000 sterren met behulp van een nieuwe machine learningmethode die informatie uit verschillende soorten data combineert om verbeterde stellaire parameters met hoge precisie te leveren. Deze nauwkeurige metingen omvatten zwaartekracht, temperatuur, metaalgehalte, afstanden, kinematica en de leeftijd van sterren.

In de toekomst zal een vergelijkbare machine learningtechniek worden gebruikt om miljoenen spectra te analyseren, verzameld door de 4MIDABLE-LR-surevy met de 4 meter Multi-Object Spectroscopic Telescope (4MOST) die in 2025 in gebruik wordt genomen.

Artikel: Samir Nepal et al, Discovery of the local counterpart of disc galaxies at z > 4: The oldest thin disc of the Milky Way using Gaia-RVS, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2402.00561

Eerste publicatie: 1 augustus 2024
Bron: Leibniz-Institut für Astrophysik, Potsdam