Tussen 300 miljoen en 900 miljoen jaar geleden botste ons Melkwegstelsel bijna met het Boogschutter-dwergstelsel. Gegevens van de Gaia-missie van ESA laten het voortdurende effect van dit evenement zien, met sterren die als rimpelingen op het oppervlak van een vijver bewegen. De galactische botsing maakt deel uit van een voortdurende kannibalisatie van het dwergstelsel door de veel grotere Melkweg.
"In het begin waren de functies erg raar voor ons." - Teresa Antoja, hoofdonderzoeker, Universität de Barcelona, Spanje.
Gaia's belangrijkste wetenschappelijke doel is om een miljard sterren in onze galactische buurt te onderzoeken. Het maakt een nauwkeurige 3D-kaart van de Melkweg en beantwoordt vragen over de oorsprong en evolutie van ons sterrenstelsel. De ESA lanceerde Gaia in 2013 tijdens een geplande missie van vijf jaar.
Gaia ontdekte de ontmoeting tussen de Melkweg en het Boogschutter-dwergstelsel door de beweging van sterren in de galactische schijf van de Melkweg in kaart te brengen. Gaia meet nauwkeurig de posities en precieze snelheden van een miljard sterren. Het ruimtevaartuig heeft voor een subset van een paar miljoen sterren de zogenaamde ‘faseruimte’ berekend door de driedimensionale snelheden voor die sterren te schatten. Deze faseruimte, of combinatie van positie en snelheid, stelde wetenschappers in staat de stellaire beweging van sterren in de schijf te bestuderen.
"Ik was een beetje geschokt en ik dacht dat er een probleem zou kunnen zijn met de data omdat de vormen zo duidelijk zijn." - Teresa Antoja, Universitat de Barcelona, Spanje.
De stellaire bewegingen in de faseruimte onthulden iets schokkends en onverwachts. Hoofdonderzoeker Teresa Antoja, van de Universität de Barcelona in Spanje, was geschokt door wat de gegevens onthulden. Ze dacht dat er een probleem moet zijn in de gegevens. Een slakachtig patroon dat nog nooit eerder was gezien, viel op. Het patroon bevond zich in de grafiek van de hoogte van de sterren boven of onder het vlak van de Melkweg, uitgezet tegen hun snelheid in dezelfde richting. 'In het begin waren de functies erg raar voor ons', zegt Teresa. "Ik was een beetje geschokt en ik dacht dat er een probleem zou kunnen zijn met de data omdat de vormen zo duidelijk zijn."
Maar de Gaia-missie is een enorme onderneming. Het heeft teams voor gegevensverwerking en analyse in heel Europa, en die teams hebben alle gegevens getest voordat ze werden vrijgegeven. Antoja en haar collega's hebben de gegevens ook getest om te zien of de vorm door fouten was veroorzaakt. Maar hun jacht op fouten leverde niets op. Ze moesten accepteren dat de ongebruikelijke en onverwachte vorm er echt was.
'Het lijkt erop dat je ineens de juiste bril hebt opgezet en je ziet alle dingen die voorheen niet mogelijk waren', zegt Teresa.
Antoja erkende dat de vorm werd onthuld omdat de gegevens van Gaia van zo'n hoge kwaliteit waren. Het was alsof ik de juiste bril opzette. De volgende stap was om erachter te komen wat deze vorm veroorzaakte.
De rimpelingen in de sterren van de Melkwegschijf waren als rimpelingen in een vijver. 'Het lijkt een beetje op het gooien van een steen in een vijver, die het water verplaatst als golven en golven', legt Teresa uit. Het oppervlak van een vijver kalmeert echter vrij snel. De beweging van de sterren is al honderden miljoenen jaren aan de gang.
Toen het team eenmaal wist dat ze iets echts zagen, begonnen ze de oorzaak van deze 'rimpelingen' te onderzoeken. Wat was er met de Melkweg gebeurd om ze te produceren?
De Melkweg is, zoals veel grote sterrenstelsels, een beetje een kannibaal. Een manier waarop het zo groot is geworden, is door sterren uit andere sterrenhopen en andere sterrenstelsels te absorberen. Eenmaal geabsorbeerd, vermengen deze sterren zich met de rest van de melkweg. Maar in dit geval mengden de nieuwe leden van de Melkweg zich niet.
Amina Helmi werkt aan de Rijksuniversiteit Groningen, Nederland. Ze is een medewerker van het project en de tweede auteur van het resulterende artikel. Helmi herinnerde zich de studies van haarzelf en andere onderzoekers over het Boogschutter-dwergstelsel. Boogschutter bevat slechts enkele tientallen miljoenen sterren, veel minder dan de 100 tot 400 miljard sterren in de Melkweg. Helmi wist dat de Melkweg het Boogschutterstelsel at.
De laatste keer dat de twee sterrenstelsels dicht bij elkaar kwamen, botsten ze niet. Maar de zwaartekracht van die hechte ontmoeting was genoeg om enkele sterren op de schijf van de Melkweg te verstoren. Net als een gegooide steen die over het oppervlak van een vijver golft.
'Dit is precies het soort ontdekking waarvan we hoopten dat het uit de gegevens van Gaia zou komen.' - Timo Prusti, Gaia-projectwetenschapper bij ESA.
De schatting voor de laatste ontmoeting tussen Boogschutter en de Melkweg was tussen 200 miljoen en 1 miljard jaar geleden. En dat tijdsbestek komt overeen met het tijdsbestek bepaald door de Gaia-gegevens.
Het klinkt erg overtuigend. "De studie impliceert absoluut dat de schijf van onze melkweg dynamisch jong is, gevoelig voor storingen en veranderingen in de tijd", zei Antoja. Maar voorzichtigheid is nog steeds geboden. De correlatie tussen de beweging van de sterren in de Melkwegschijf en het Boogschutterstelsel is gebaseerd op eenvoudige computermodellen en analyses.
De Gaia-gegevens kunnen ons nog veel meer leren over de evolutie van de Melkweg. Het team achter de studie wil het hele fenomeen nader onderzoeken. Er is veel werk te doen en een enorme hoeveelheid gegevens om door te kammen.
'De ontdekking was gemakkelijk; de interpretatie is moeilijker. En het volledig begrijpen van de betekenis en implicaties kan enkele jaren duren. ' zei Amina.
"Dit is precies het soort ontdekking waarvan we hoopten dat het uit de Gaia-gegevens zou komen", voegt Timo Prusti, Gaia-projectwetenschapper bij ESA, toe.
- ESA-persbericht: GAIA-hints over het turbulente leven van onze Melkweg
- Universität de Barcelona Persbericht: GAIA detecteert een schok in de Melkweg
- GAIA Mission Home
- Onderzoekspaper: een dynamisch jonge en verstoorde Melkwegschijf
