Zwakst bekende sterrenstelsel gevonden dat rond de Melkweg draait

1 april 2024 kuuke 235 weergaves deimos, donkere materie, dwergsterrenstelsel, heelal, melkweg, sterrenhoop, sterrensysteem, UNIONS, ursa major

Een team van astronomen onder leiding van de universiteit van Victoria en de Yale University heeft een oud sterrensysteem gevonden dat rond ons sterrenstelsel draait. Het is Ursa Major III / UNIONS 1 (UMa3/U1) gedoopt en het is de zwakste satelliet van de Melkweg met de laagste massa ooit gevonden. Het is mogelijk een van de meest door donkere materie gedomineerde systemen die we kennen.

Verborgen in deze deepsky-afbeelding (links) bevindt zich Uma3/U1, een minuscuul groepje sterren (rechts) die door hun eigen zwaartekracht (en mogelijk zelfs door donkere materie!) met elkaar zijn verbonden en zich in een baan rond de Melkweg bevinden. Krediet: CFHT/S. Gwyn (rechts) / S. Smith (links). The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad0d9f

Het team voerde het onderzoek uit vanaf Hawaï en deed dat vanaf de Keck sterrenwacht en de Canada-France Hawaï Telescope. Maar ook het Pan-STARRS-systeem (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) op Haleakala werd gebruikt. De resultaten zijn beschreven in een artikel in The Astrophysical Journal.

Uma3/U1 bevindt zich in de richting van het sterrenbeeld Ursa Major – Grote Beer en met een afstand van 30.000 lichtjaar tot de Zon bevindt het is in onze achtertuin. Vanwege zijn extreem lage helderheid is UMa3/U1 tot nu toe ontsnapt aan waarnemingen door astronomen.

Uit waarnemingen bleek dat het sterrenstelsel klein is, met slechts ongeveer 60 sterren die meer dan 10 miljard jaar oud zijn en slechts een gebied met een doorsnede van 10 lichtjaar berslaan. UMa3/U1 heeft een extreem lage massa: met 16 zonsmassa is het sterrenstelsel 15 keer minder zwaar dan het zwakst vermoedelijk dwergsterrenstelsel.

UMa3/U1 werd voor het eerst gedetecteerd met behulp van gegevens verkregen via de Ultraviolet Near Infrared Optical Northern Survey (UNIONS) aan de CFHT en Pan-STARRS.

Het team bestudeerde vervolgens het sterrensysteem in meer detail met behulp van de Deep Imaging Multi-Object Spectrometer (DEIMOS) van de Keck sterrenwacht en bevestigde dat UMa3/U1 een door de zwaartekracht gebonden systeem is, een dwergsterrenstelsel of een sterrenhoop.

Er zijn zo weinig sterren in UMa3/U1 dat je je redelijkerwijs kunt afvragen of het alleen maar om een toevallige groepering van gelijksoortige sterren gaat. De Keck-waarnemingen toonden achter aan dat dit niet het geval is. De DEIMOS-metingen laten duidelijk zien dat alle sterren met zeer vergelijkbare snelheden door de ruimte bewegen en een vergelijkbare chemie lijken te delen.

Opwindend genoeg kan een voorzichtige spreiding in de snelheden tussen de sterren in het systeem de conclusie ondersteunen dat UMa3?u1 een door donker materie gedomineerd sterrenstelsel is – een verleidelijke mogelijkheid die men hoopt te kunnen onderzoeken met meer Keck-waarnemingen.

Het is opmerkelijk hoe deze sterren erin zijn geslaagd een hechte groep te blijven. Een mogelijke verklaring is dat donkere materie ze bij elkaar houdt.

Het object is zo klein dat het voortbestaan op de lange termijn zeer verrassend is. Je zou verwachten dat de hevige getijdenkrachten van de schijf van de Melkweg het systeem inmiddels uit elkaar hebben getrokken, zonder dat er een waarneembaar overblijfsel achterblijft. Het feit dat het systeem intact lijkt leidt tot twee even interessante mogelijkheden: óf UMa3/U1 is een klein sterrenstelsel dat wordt gestabiliseerd door grote hoeveelheden donkere materie, óf het is een sterrenhoop die we op een heel speciaal moment hebben waargenomen vóór zijn naderende ondergang.

Met het eerste scenario zou het bereiken van directe bevestiging van UMa3/U1 as een zwak, oud, door donkere materie gedomineerd satellietstersysteem een opwindende prestatie zijn, omdat het ene voorsprong in de leidende theorie voor de oorsprong van het heelal zou ondersteunen.

Volgens het Lambda Cold Dark matter (LCMD)-model veronderstellen wetenschappers dat toen sterrenstelsels zoals de Melkweg voor het eerst ontstonden, ze tijdens hun assemblageproces een aantrekkingskracht creëerden die honderden satellietstersystemen aantrok die vandaag de dag nog steeds in een baan om sterrenstelsels draaien.

Een begeleidend onderzoek naar de implicaties van UMa3/U1 voor de LCDM-theorie is geaccepteerd voor publicatie in The Astrophycical Journal en is beschikbaar in preprint-formaat op de ArXiv-server.

Of toekomstige waarnemingen nu bevestigen of verwerpen dat dit systeem een grote hoeveelheid donkere materie bevat, de onderzoekers zijn erg enthousiast over de mogelijkheid dat dit object het topje van de ijsberg zou kunnen zijn – dat dit het eerste voorbeeld zou kunnen zijn van een nieuwe klasse van extreem zwakke stellaire systemen die tot nu toe aan detectie zijn ontsnapt,

Afdoend bewijs van de aanwezigheid of het ontbreken van donkere materie in UMa3/U1 is van cruciaal belang om te bepalen of het sterrensysteem een dwergsterrenstelsel of een sterrenhoop is. Totdat de classificatie duidelijk wordt, heeft Ursa Major III / UNIONS 1 twee namen. Ultrazwakke Melkwegstelsels worden doorgaans genoemd naar het sterrenbeeld waarin ze zijn gevonden (in dit geval Ursa Major), terwijl ultrazwakke sterrenhopen doorgaans worden genoemd naar het onderzoeksproject waarin ze zijn gevonden (UNIONS).

Hoewel de identiteit van dit sterrenstelsel nog steeds dubbelzinnig is, maakt UMa3/U1 de weg vrij voor nieuwe perspectieven in de kosmologie.

Deze ontdekking kan ons begrip van het ontstaan van sterrenstelsels en misschien zelfs de definitie van een sterrenstelsel op de proef stellen, aldus de onderzoekers.

Artikelen: