Astronomen hebben eindelijk iets waargenomen dat werd voorspeld maar nooit werd gezien: een stroom van sterren die de twee Magelhaense Wolken met elkaar verbindt. Daarbij begonnen ze het mysterie rond de Grote Magelhaense Wolk (LMC) en de Kleine Magelhaense Wolk (SMC) te ontrafelen. En daarvoor was de buitengewone kracht van de Gaia-sterrenwacht van de European Space Agency (ESA) nodig.
De grote en kleine Magelhaense wolken (LMC en SMC) zijn dwergstelsels aan de Melkweg. Het team van astronomen, geleid door een groep aan de Universiteit van Cambridge, concentreerde zich op de wolken en op een bepaald type zeer oude ster: RR Lyrae. RR Lyrae-sterren zijn pulserende sterren die al bestaan sinds de begindagen van de wolken. De wolken zijn moeilijk te bestuderen omdat ze wijd verspreid zijn, maar het unieke uitzicht van de hele hemel van Gaia heeft dit gemakkelijker gemaakt.
De Magelhaense wolken zijn een beetje een mysterie. Astronomen willen weten of onze conventionele theorie van de vorming van sterrenstelsels op hen van toepassing is. Om erachter te komen, moeten ze weten wanneer de wolken de Melkweg voor het eerst naderden en wat hun massa op dat moment was. Het Cambridge-team heeft enkele aanwijzingen gevonden om dit mysterie op te lossen.
Het team gebruikte Gaia om RR Lyrae-sterren te detecteren, waardoor ze de omvang van de LMC konden volgen, iets dat moeilijk te doen was totdat Gaia langs kwam. Ze vonden een lichtgevende halo rond de LMC die zich uitstrekte tot 20 graden. Als de LMC sterren zo ver weg vasthoudt, zou het veel zwaarder moeten zijn dan eerder werd gedacht. In feite heeft de LMC misschien wel 10 procent van de massa die de Melkweg heeft.
Dat hielp astronomen om de massavraag te beantwoorden, maar om de LMC en SMC echt te begrijpen, moesten ze weten wanneer de wolken bij de Melkweg arriveerden. Maar het volgen van de baan van een satellietstelsel is onmogelijk. Ze bewegen zo langzaam dat een mensenleven vergeleken met hen een piepkleine blip is. Dit maakt hun baan in wezen niet waarneembaar.
Maar astronomen konden het op één na beste vinden: de vaak voorspelde maar nooit waargenomen stellaire stroom, of brug van sterren, die zich uitstrekt tussen de twee wolken.
Een sterrenstroom ontstaat wanneer een satellietstelsel de aantrekkingskracht van een ander lichaam voelt. In dit geval zorgden de zwaartekracht van de LMC ervoor dat individuele sterren de SMC verlieten en naar de LMC werden getrokken. De sterren vertrekken niet tegelijk, ze vertrekken individueel na verloop van tijd en vormen een stroom of brug tussen de twee lichamen. Deze actie laat een lichtgevend spoor van hun pad na verloop van tijd achter.
De astronomen achter deze studie denken dat de brug eigenlijk uit twee componenten bestaat: sterren die door de LMC uit het SMC zijn gehaald en sterren die door de Melkweg uit de LMC zijn gehaald. Deze brug van RR Lyrae-sterren helpt hen de geschiedenis van de interacties tussen alle drie de lichamen te begrijpen.
De meest recente interactie tussen de Clouds was ongeveer 200 miljoen jaar geleden. Op dat moment passeerden de Wolken elkaar vlak. Deze actie vormde niet één, maar twee bruggen: een met sterren en een met gas. Door de offset tussen de sterbrug en de gasbrug te meten, hopen ze de dichtheid van de corona van gas rond de Melkweg te verkleinen.
De dichtheid van de galactische corona van de Melkweg is het tweede mysterie dat astronomen hopen op te lossen met behulp van het Gaia-observatorium.
De Galactic Corona bestaat uit geïoniseerd gas met een zeer lage dichtheid. Dit maakt het erg moeilijk om te observeren. Maar astronomen hebben het intensief bestudeerd omdat ze denken dat de corona het grootste deel van de ontbrekende baryonische materie zou kunnen bevatten. Iedereen heeft gehoord van Dark Matter, de materie die 95% uitmaakt van de materie in het universum. Dark Matter is iets anders dan de normale materie die bekende dingen zoals sterren, planeten en ons vormt.
De andere 5% van de materie is baryonische materie, de bekende atomen waar we allemaal over leren. Maar we kunnen slechts de helft uitmaken van de 5% baryonische materie waarvan we denken dat die moet bestaan. De rest wordt de ontbrekende baryonische materie genoemd en astronomen denken dat het waarschijnlijk in de galactische corona zit, maar ze hebben het niet kunnen meten.
Het begrijpen van de dichtheid van de Galactische Corona geeft weer inzicht in de Magelhaense Wolken en hun geschiedenis. Dat komt omdat de bruggen van sterren en gas die zich tussen de kleine en grote Magelhaense wolken vormden, aanvankelijk met dezelfde snelheid bewogen. Maar toen ze de corona van de Melkweg naderden, oefende de corona weerstand uit op de sterren en het gas. Omdat de sterren klein en dicht zijn ten opzichte van het gas, reisden ze door de corona zonder hun snelheid te veranderen.
Maar het gas gedroeg zich anders. Het gas was grotendeels neutraal waterstof en zeer diffuus, en de ontmoeting met de corona van de Melkweg vertraagde het aanzienlijk. Dit creëerde de offset tussen de twee streams.
Het team vergeleek de huidige locaties van de gas- en sterrenstromen. Door rekening te houden met de dichtheid van het gas en ook hoe lang beide wolken in de corona zijn geweest, konden ze vervolgens de dichtheid van de corona zelf schatten.
Toen ze dat deden, toonden hun resultaten aan dat de ontbrekende baryonische materie in de corona kon worden verklaard. Of in ieder geval een aanzienlijk deel ervan. Dus wat is het eindresultaat van al dit werk?
Het lijkt erop dat al dit werk bevestigt dat zowel de Grote als de Kleine Magelhaense Wolken voldoen aan onze conventionele theorie van de vorming van sterrenstelsels.
Mysterie opgelost. Goed gedaan, wetenschap.
