Sinds de geboorte van de moderne astronomie hebben wetenschappers geprobeerd de volledige omvang van het Melkwegstelsel te bepalen en meer te leren over de structuur, vorming en evolutie ervan. Volgens de huidige theorieën wordt algemeen aangenomen dat de Melkweg zich kort na de oerknal (ongeveer 13,51 miljard jaar geleden) heeft gevormd. Dit was het resultaat van het samenkomen van de eerste sterren en sterrenhopen, evenals van de aanwas van gas rechtstreeks uit de Galactische halo.
Sindsdien wordt aangenomen dat meerdere sterrenstelsels zijn samengesmolten met de Melkweg, wat de vorming van nieuwe sterren veroorzaakte. Maar volgens een nieuwe studie door een team van Japanse onderzoekers heeft ons sterrenstelsel een turbulente geschiedenis gehad dan eerder werd gedacht. Volgens hun bevindingen beleefde de Melkweg een sluimerend tijdperk tussen twee perioden van stervorming die miljarden jaren duurde en effectief stierf voordat ze weer tot leven kwam.
Hun studie, getiteld "De vorming van sterren in de buurt van de zon in twee generaties gescheiden door 5 miljard jaar", verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur. De studie werd uitgevoerd door Masafumi Noguchi, een astronoom van het Astronomical Institute van de Tohoku University, Japan. Met behulp van een nieuw idee dat bekend staat als "koude aanwas", berekende Noguchi de evolutie van de Melkweg over een periode van 10 miljard jaar.
Dit idee van aangroei van koud gas werd voor het eerst voorgesteld door Avishai Dekel - de Andre Aisenstadt-leerstoel voor theoretische fysica aan de Hebreeuwse Universiteit in Jeruzalem - en zijn collega's om uit te leggen hoe sterrenstelsels tijdens hun vorming gas uit de omringende ruimte opnemen. Het concept van tweetrapsvorming is in het verleden ook gesuggereerd door Yuval Birnboim - een senior docent aan de Hebrew University - en collega's om rekening te houden met de vorming van meer massieve sterrenstelsels in ons universum.
Na het construeren van een model van de Melkweg met behulp van de samenstellingsgegevens van zijn sterren, concludeerde Noguchi dat ons eigen sterrenstelsel ook twee stadia van stervorming doormaakte. Volgens zijn studie kan de geschiedenis van de Melkweg worden onderscheiden door te kijken naar de elementaire composities van de sterren, die het resultaat zijn van de samenstelling van het gas waaruit ze zijn gevormd.
Bij het kijken naar de sterren in de Solar-buurt hebben veel astronomische onderzoeken opgemerkt dat er twee groepen zijn met verschillende chemische samenstellingen. De ene is rijk aan elementen zoals zuurstof, magnesium en silicium (alfa-elementen), terwijl de andere rijk is aan ijzer. De reden voor deze tweedeling was een al lang bestaand mysterie, maar het model van Noguchi biedt een mogelijk antwoord.
Volgens dit model begon de Melkweg toen koude gasstromen de melkweg binnenstroomden en leidde tot de vorming van de eerste generatie sterren. Dit gas bevatte alfa-elementen als gevolg van kortstondige type II-supernova's - waarbij een ster aan het einde van zijn levenscyclus ineenstort en vervolgens explodeert - waardoor deze elementen in het intergalactische medium vrijkomen. Dit leidde ertoe dat de eerste generatie sterren rijk was aan alfa-elementen.
Toen, ongeveer 7 miljard jaar geleden, verschenen er schokgolven die het gas opwarmden tot hoge temperaturen. Dit zorgde ervoor dat het koude gas niet meer in ons sterrenstelsel stroomde, waardoor de stervorming stopte. In onze melkweg duurde een rustperiode van twee miljard jaar. Gedurende deze tijd injecteerden langlevende type Ia supernovae - die voorkomen in binaire systemen waar een witte dwerg geleidelijk materiaal van zijn metgezel overhevelt - ijzer in het intergalactische gas en veranderde de elementaire samenstelling ervan.
In de loop van de tijd begon het intergalactische gas af te koelen door straling uit te zenden en begon het 5 miljard jaar geleden terug te stromen naar de melkweg. Dit leidde tot een tweede generatie stervorming, waaronder onze zon, die rijk was aan ijzer. Hoewel de tweefasige formatie in het verleden voor veel grotere sterrenstelsels heeft gesuggereerd, heeft Noguchi kunnen bevestigen dat hetzelfde beeld op onze eigen Melkweg van toepassing is.
Bovendien hebben andere onderzoeken aangetoond dat hetzelfde het geval kan zijn voor de naaste buur van de Melkweg, het Andromedastelsel. Kortom, het model van Noguchi voorspelt dat enorme spiraalstelsels een gat in stervorming ervaren, terwijl kleinere sterrenstelsels continu sterren maken.
In de toekomst zullen waarnemingen met bestaande en volgende-generatie telescopen waarschijnlijk extra bewijs leveren van dit fenomeen en ons veel meer vertellen over de vorming van sterrenstelsels. Hieruit kunnen astronomen ook steeds nauwkeurigere modellen maken van hoe ons heelal in de loop van de tijd is geëvolueerd.
