Astronomen die gegevens van het Gaia-ruimtevaartuig van ESA doorzoeken, hebben ontdekt wat ze een spookstelsel noemen. Het sterrenstelsel Antlia 2 (Ant 2) is een dwergstelsel met een extreem lage dichtheid dat in de begintijd van het heelal werd gevormd. En het wordt van zijn massa ontdaan door de getijdenkrachten van de Melkweg.
Dit spookstelsel heeft zich al die tijd in het volle zicht verborgen. Door de lage dichtheid was het moeilijk te detecteren, evenals de locatie. Het is verborgen achter de lijkwade van de Melkwegschijf, in een gebied dat bij astronomen bekend staat als de "Zone of Avoidance" (ZOA.) Maar het is enorm: het is even groot als de Grote Magelhaense Wolk en een derde zo groot als de Melkweg .
Een internationaal team van astronomen vond Ant 2 tijdens het doornemen van de tweede gegevensversie van het Gaia-ruimtevaartuig. Ze zochten naar dwergstelsels nabij de Melkweg door te zoeken naar RR Lyrae-sterren. RR Lyrae zijn variabele sterren die worden gebruikt als standaardkaarsen. Het zijn oude, metaalarme sterren die meestal in dwergstelsels voorkomen, dus als je RR Lyrae-sterren vindt, heb je waarschijnlijk een dwergstelsel gevonden.
In sommige opzichten is Ant 2 net als andere dwergstelsels. Alle sterrenstelsels, inclusief dwergstelsels zoals deze, worden gevormd in combinatie met donkere materie. Zoals hun naam duidelijk maakt, zijn dwergen kleiner en hebben ze minder sterren dan andere sterrenstelsels. Een dwergstelsel heeft misschien maar honderd miljoen sterren, misschien wel een paar miljard. Ze vallen in het niet bij ons eigen Melkwegstelsel, dat tussen de 200 en 400 miljard sterren heeft.
'Dit is een geest van een sterrenstelsel. Objecten die zo diffuus zijn als Ant 2 zijn nog nooit eerder gezien. ” - Gabriel Torrealba, hoofdauteur.
De sterren in een dwergstelsel zijn ook anders dan de sterren in andere sterrenstelsels. Dwergstelsels waren enkele van de eerste structuren in het universum, dus hun sterren zijn ouder en metaalarm. Ze werden gevormd in de begintijd, voordat opeenvolgende generaties sterren het heelal met metalen hadden bezaaid.
Veel dwergstelsels zijn onderhevig aan de zwaartekracht van de grotere sterrenstelsels in de buurt en Ant 2 is daarop geen uitzondering. Ze worden vaak gezien terwijl ze naar grotere sterrenstelsels worden getrokken en uit elkaar worden gerukt door deze interacties. Dit kan leiden tot fusies van sterrenstelsels, en dat is wat er zou kunnen gebeuren met Ant 2.
Maar het spookstelsel Ant 2 verschilt van andere dwergen. Het geeft heel weinig licht. Vergeleken met een van de andere melkwegstelsels van de Melkweg, de Grote Magelhaense Wolk, is deze 10.000 keer zwakker. Afhankelijk van hoe je het bekijkt, is het ofwel te groot voor zijn helderheid, of te zwak voor zijn formaat.
"Dit is een geest van een sterrenstelsel", zegt Gabriel Torrealba, de hoofdauteur van de krant. “Objecten zo diffuus als Ant 2 zijn simpelweg niet eerder gezien. Onze ontdekking was alleen mogelijk dankzij de kwaliteit van de Gaia-gegevens. ”
De Gaia-missie van ESA heeft de rijkste sterrencatalogus tot nu toe geproduceerd, inclusief zeer nauwkeurige metingen van bijna 1,7 miljard sterren. Het heeft tot nu toe ongeziene details van ons eigen Melkwegstelsel onthuld en heeft laten zien hoe de Melkweg 10 miljard jaar geleden is ontstaan door samen te smelten met een ander melkwegstelsel. Eerder dit jaar maakte Gaia's tweede gegevensuitgave nieuwe details van sterren in de Melkweg beschikbaar voor wetenschappers over de hele wereld, en het was een schatkamer voor astronomen, waaronder het team achter het spookstelsel.
Het team van astronomen achter de studie is afkomstig uit Taiwan, het VK, de VS, Australië en Duitsland. Ze waren op zoek naar Gaia's tweede gegevensrelease naar RR Lyrae-sterren, in de hoop meer dwergstelsels te vinden. Deze oude sterren hebben goed begrepen helderheidspulsen die een halve dag duren, dus ze zijn erg handig.
"RR Lyrae was gevonden in elke bekende dwergsatelliet, dus toen we een groep van hen zagen zitten boven de Galactische schijf, waren we niet helemaal verrast", zei co-auteur Vasily Belokurov van het Cambridge Institute of Astronomy. "Maar toen we hun locatie aan de hemel nader bekeken, bleek dat we iets nieuws hadden gevonden, aangezien geen enkel eerder geïdentificeerd object in een van de databases die we doorzochten, naar voren kwam."
'We vragen ons af of dit sterrenstelsel slechts het topje van een ijsberg is, en de Melkweg wordt omgeven door een grote populatie van bijna onzichtbare dwergen die op deze lijkt.' - co-auteur Matthew Walker, Carnegie Mellon University.
Het team heeft hun collega's van de Anglo-Australian Telescope (AAT) in Australië op de hoogte gebracht. Onder een strakke tijdlijn maten astronomen van de AAT de spectra van meer dan 100 rode reuzensterren in het spookstelsel. Die spectra gaven de bevestiging die het team nodig had.
De spectra lieten zien dat alle sterren samen bewogen. Ant 2 komt nooit te dicht bij de Melkweg en blijft altijd minstens 130.000 lichtjaar verwijderd. De onderzoekers waren ook in staat om de massa van de melkweg te verkrijgen, die veel lager was dan verwacht voor een object van zijn omvang.
"De eenvoudigste verklaring waarom Ant 2 tegenwoordig zo weinig massa lijkt te hebben, is dat het uit elkaar wordt gehaald door de Galactische getijden van de Melkweg", zegt co-auteur Sergey Koposov van Carnegie Mellon University. 'Wat echter onverklaard blijft, is de gigantische omvang van het object. Normaal gesproken, als sterrenstelsels massa verliezen aan de getijden van de Melkweg, krimpen ze en groeien ze niet.
Ant 2 is dus een beetje een mysterie voor astronomen. Het is erg groot voor iets met zo'n lage massa. Het verwijderen van massa kan het spookstelsel niet groter maken; dat is niet logisch. Er moet een andere reden zijn waarom het in omvang groeit terwijl het massa verliest, maar tot nu toe weet niemand het. Onze huidige theorieën over de vorming van sterrenstelsels voorspellen geen objecten zoals Ant 2.
Een speculatielijn suggereert dat zeer krachtige stervorming in Ant 2 ervoor kan zorgen dat deze uitzet terwijl de Melkweg zijn massa steelt. Stellaire winden en supernova-explosies kunnen het ongebruikte gas wegduwen, waardoor de zwaartekracht die de melkweg bindt, wordt verzwakt en de donkere materie waarmee het wordt geassocieerd, kan uitzetten. Maar dit is niet bewezen.
"Zelfs als stervorming de verdeling van donkere materie in Ant 2 zoals het was samengesteld opnieuw vorm zou kunnen geven, moet het met ongekende efficiëntie hebben gehandeld", zegt co-auteur Jason Sanders, ook uit Cambridge.
Een andere speculatielijn betreft donkere materie zelf, misschien een ander type donkere materie. De huidige theorie voorspelt dat donkere materie stevig in het centrum van sterrenstelsels zit. Maar de diffuse, verspreide aard van Ant 2 kan betekenen dat een soort donkere materie die niet zo gemakkelijk clustert, aan het werk is. Zoals het team in hun paper zegt: "De oorsprong van deze kern kan consistent zijn met agressieve feedback, of kan zelfs alternatieven vereisen voor koude donkere materie (zoals ultralichte bosonen)."
"Vergeleken met de rest van de ongeveer 60 Melkweg-satellieten is Ant 2 een vreemde eend in de bijt", zegt co-auteur Matthew Walker, ook van de Carnegie Mellon University. 'We vragen ons af of dit sterrenstelsel slechts het topje van een ijsberg is, en de Melkweg wordt omgeven door een grote populatie van bijna onzichtbare dwergen die op deze lijkt.'
Het vinden van een vreemd spookstelsel zoals Ant 2 is verwarrend, maar het was niet geheel onverwacht. Aangezien detectiemethoden gevoeliger zijn geworden, zijn er meer schemerige satellietstelsels gevonden. Het was waarschijnlijk slechts een kwestie van tijd voordat er hier een werd gevonden, in de ZOA. Maar of het de enige is die we ooit hebben gevonden, of dat we dankzij de kracht van het Gaia-ruimtevaartuig op de eerste van velen zijn gestuit, is nog steeds een open vraag. Hoe dan ook, het zet astronomen aan het denken over hun meest werkbare theorieën.
- Persbericht Cambridge University: "Gaia ziet een 'spookstelsel' naast de deur"
- Onderzoeksartikel: "De verborgen reus: ontdekking van een enorme Galactische dwergsatelliet in Gaia DR2"
- ESA Gaia-pagina
- Wikipedia: RR Lyrae Stars
