Ook nieuw onderzoek toont aan dat ons sterrenstelsel niet plat is

Ons sterrenstelsel is verrassend krom
De Melkweg is geen pannenkoek maar is verrassend gekromd. (ly = lichtjaar). Credit: J. Skowron/OGLE/Astronomical Observatory, University of Warsaw

 

Een team van Poolse astronomen heeft de meest nauwkeurige driedimensionale kaart van ons sterrenstelsel tot nu toe gemaakt. Deze kaart laat verstoringen en onregelmatigheden langs de galactische schijf zien.

Vorm Melkweg

Het maken van een nauwkeurige kaart van ons sterrenstelsel is niet eenvoudig. We bevinden ons diep in de gigantische structuur en dat betekent dat we grote delen van ons sterrenstelsel helemaal niet kunnen zien. We moeten de vorm van binnenuit zien te bepalen. Dichte groepen sterren, gas en stof verstoren ons beeld nog verder. Ondanks deze beperkingen weten we dat ons sterrenstelsel de vorm van een spiraal heeft met een doorsnede van ongeveer 120.000 lichtjaar en dat wij ons op ongeveer 27.000 lichtjaar van de galactische kern bevinden.

Door de jaren heen hebben astronomen veel pogingen gedaan om ons sterrenstelsel in kaart te brengen. Ze telden sterren, deden radiowaarnemingen van gasmoleculen en ze extrapoleerden vergelijkbare spiraalsterrenstelsels in onze buurt. Deze inspanningen resulteerden in bruikbare kaarten maar ook niet meer dan dat. Een veel betere manier om het sterrenstelsel in kaart te brengen zou zijn om de afstanden tot een grote groep sterren te bepalen die zich verspreid in de galactische schijf bevinden. Deze sterren zouden tot een specifieke, goed bestudeerde soort moeten horen om er zeker van te zijn dat de waarnemingen correct zijn.

Gebruikmakende van deze strategie hebben astronomen van de sterrenwacht van de universiteit van Warschau de meest nauwkeurige driedimensionale kaart tot nu toe gemaakt. Het onderzoek werd geleid door de astronome Dorota Skowron van de universiteit van Warschau en het werd gepubliceerd in het tijdschrift Science.

animatie van de kromming van ons sterrenstelsel
Deze animatie toont de gekromde vorm van ons sterrenstelsel. Credit: J. Skowron/OGLE/Astronomical Observatory, University of Warsaw

Kromming

Dit heeft verschillende nieuwe zaken opgeleverd. De nieuwe 3D-kaart laat zien dat de galactische schijf de vorm van een S heeft. Ons sterrenstelsel is niet vlak als een pannenkoek maar is gedraaid en vervormd. Dat ons sterrenstelsel gekromd is was al bekend maar het nieuwe onderzoek laat zien hoe uitgestrekt deze vervormingen zijn. De kromming begint al op 25.000 lichtjaar van het galactische centrum en wordt naar buiten toe steeds groter.

Als we ons sterrenstelsel van buitenaf konden zien dan zou die kromming goed zichtbaar zijn. Sterren die zich op 60.000 lichtjaar van het centrum bevinden, zijn al 5.000 lichtjaar boven of onder het galactische vlak en volgens de onderzoekers is dat veel.

De onderzoekers denken dat interactie met naburige sterrenstelsel, intergalactisch gas en mogelijk donkere materie verantwoordelijk zijn voor deze kromming.

Het nieuwe onderzoek laat ook zien dat de dikte van ons sterrenstelsel variabel is. Ons sterrenstelsel wordt dikker naarmate je verder weg bent van de kern. Op onze plek is de galactische schijf ongeveer 500 lichtjaar dik maar aan de randen is de galactische schijf tot wel 3000 lichtjaar dik.

verdeling cepheiden in ons sterrenstelsel
De verdeling van de gebruikte Cepheïden in ons sterrenstelsel. credit: J. Skowron/Serge Brunier

Om de driedimensionale kaart te maken brachten Skowron en haar collega’s de positie van Cepheïde veranderlijke sterren in kaart. Deze jonge pulserende reuzensterren zijn ideaal voor dit onderzoek omdat hun helderheid met een regelmatig patroon veranderd. De positie van deze Cepheïden in ons sterrenstelsel kan veel nauwkeuriger bepaald worden dan de positie van andere sterren en dat is precies wat de onderzoekers nodig hebben om een goede kaart te maken.

OGLE

Een groep van 2400 Cepheïden werd gebruikt om de nieuwe kaart te maken. De meerderheid van deze sterren werden bepaald met behulp van het Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) dat de helderheid van bijna 2 miljard sterren volgt. In totaal bestudeerden de onderzoekers gedurende 6 jaar onze galactische schijf en in die periode werden er 206.726 opnames van de sterrenhemel gemaakt.

Voor OGLE wordt gebruikgemaakt van de 1,3 meter Warschau telescoop in de Chileense Andes. Deze telescoop kan de helderheden van sterren meten en hun eigenschappen meten door de jaren heen. Dat zorgt er voor dat deze kaart ruimtelijk vollediger is dan kaarten die met behulp van de GAIA-satelliet worden gemaakt. De data van de GAIA zijn maar tot een afstand van 10.000 tot 15.000 lichtjaar nauwkeurig. De nieuwe kaart is ook nauwkeuriger dan eerdere kaarten omdat er veel meer sterren in het onderzoek zijn meegenomen. Bovendien speelde ook de ‘zuiverheid” van de gebruikte Cepheïden een grote rol.

Volgens Skowron is deze kaart de meest realistische kaart van ons sterrenstelsel.

Een andere onderzoeksgroep presenteerde eerder dit jaar in Nature Astronomy een studie die met een vergelijkbare techniek was uitgevoerd. De onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen trokken dezelfde conclusies maar ze maakten voor hun kaart gebruik van een andere groep Cepheïden. De Chinese onderzoeksgroep is not amused dat de Poolse onderzoeksgroep hun studie niet citeert maar is wel tevreden over de Poolse resultaten.

Chinees onderzoek

Volgens Xiaodian Chen bevestigen de Poolse resultaten hun eigen conclusies over de driedimensionale vorm van ons sterrenstelsel inclusief de rafelige uiteinden van de galactische schijf. Chen is verder blij dat een andere groep Cepheïden hetzelfde resultaat oplevert. De groep van Chen gebruikte 2330 Cepheïden waar de Poolse groep er 2431 gebruikte. Bovendien werd er gebruik gemaakt van een andere telescoop en andere filters. Desondanks komen de Poolse resultaten goed overeen met de Chinese en wetenschappelijk gezien is dat wel positief, aldus Chen.

Naast de krommingen en verdraaiing van ons sterrenstelsel toont de nieuwe kaart ook dat de Cepheïden verrassen dicht bij elkaar in de ruimte staan en dat ze ongeveer dezelfde leeftijd hebben.

Volgens de onderzoekers is dit een duidelijke aanwijzing dat ze allemaal samen zijn ontstaan, in hetzelfde stervormingsgebied in de nauwe armen van ons sterrenstelsel. We kunnen met onze eigen ogen zien dat stervorming in ons sterrenstelsel geen constant proces is maar in uitbarstingen plaatsvindt.

Toekomstig onderzoek

De nieuwe kaart zal verder ook helpen bij het verklaren van de fysische structuur van ons sterrenstelsel, het aantal spiraalarmen (dat nog steeds onderwerp van discussie is), en de mate waarin de spiraalarmen zijn opgevouwen. Om de huidige kaart nog nauwkeuriger te maken zullen waarnemingen vanaf het noordelijk halfrond nodig zijn. Daarnaast zijn er waarnemingen nodig voorbij de andere kant van de galactische kern en erg stoffige gebieden erg dichtbij het galactische vlak. Voor dergelijke waarnemingen zouden infrarood telescopen ingezet moeten worden.

Voor toekomstig onderzoek hoopt Skowron oudere sterren in kaart te brengen. Op die manier zou de evolutie van ons sterrenstelsel in de tijd zichtbaar gemaakt kunnen worden.

 

Eerste publicatie: 2 augustus 2019