De locaties van ons zonnestelsel en van W3OH in ons sterrenstelsel. Afbeelding tegoed: Max Planck Society Klik om te vergroten
De Perseus-spiraalarm, de dichtstbijzijnde spiraalarm in de Melkweg buiten de baan van de zon, ligt slechts half zo ver van de aarde als sommige eerdere resultaten hadden gesuggereerd. Een internationaal team van astronomen, waaronder wetenschappers van het Max-Planck-Institut f ?? bf? R Radioastronomie (MPIfR), heeft onlangs de meest nauwkeurige afstandsmeting ooit tot aan de Perseus-arm gerealiseerd. Dit werd gedaan met behulp van een groot aantal radiotelescopen in de VS, de Very Long Baseline Array, die zeer heldere plekken waarneemt in gaswolken die methylalcohol bevatten in het placenta-materiaal rond een nieuw gevormde ster genaamd W3OH.
Dr. Xu Ye, een astronoom bij het Shanghai Observatorium die nu werkt bij het Max-Planck-Institut f ?? bf? R Radioastronomie en een van de leden van het internationale team dat de metingen heeft uitgevoerd, verklaarde dat "we de afstand hebben gemeten door de eenvoudigste en meest directe methode in astronomie - in wezen de techniek die wordt gebruikt door landmeters triangulatie genoemd. ” Het team gebruikte met name het veranderende uitkijkpunt van de aarde terwijl het om de zon draait om één been van een driehoek te vormen. Door de verandering in de schijnbare positie van een bron te meten, konden ze de afstand van de bron berekenen door eenvoudige trigonometrie (resulterend in 6357 ?? bf? 130 lichtjaar).
Dit resultaat lost het al lang bestaande probleem van de afstand tot deze spiraalarm op. In het verleden waren verschillende methoden voor het meten van afstand het met meer dan een factor 2 oneens. Prof. Karl Menten, een ander lid van het team, stelt dat “dit afstanden bevestigt op basis van de schijnbare helderheid van jonge sterren, maar niet akkoord gaat met afstanden op basis van een model van de rotatie van de Melkweg. De reden voor de discrepantie is dat jonge sterren in de Perseus-spiraalarm onverwacht grote bewegingen maken. ”
De astronomen ontdekten dat de jonge ster niet in een cirkelvormige baan rond de Melkweg beweegt, maar 10% afwijkt van de cirkel. Het draait langzamer en 'valt' naar het midden van de Melkweg. Teamlid Zheng Xing-Wu van de Nanjing Universiteit wijst erop dat "de eenvoudigste verklaring is dat de gaswolk waaruit de ster gevormd werd, door de zwaartekracht aangetrokken werd door een overmatige massa materiaal in de Perseus-spiraalarm".
"Studies zoals de onze zijn de eerste stappen om de Melkweg nauwkeurig in kaart te brengen", zegt Dr. Mark Reid, een lid van het team van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "We hebben vastgesteld dat de radiotelescoop die we gebruikten, de Very Long Baseline Array, afstanden kan meten met een ongekende nauwkeurigheid - bijna een factor van 100 keer beter dan voorheen." Om een idee te krijgen van deze meting, kan men een persoon visualiseren die op de maan staat en een toorts in zijn uitgestrekte hand houdt. Laat haar zich omdraaien als een ijsschaatser, maar in de loop van een jaar maar één keer draaien. De VLBA-meting is gelijk aan het meten van de beweging van de toorts met een nauwkeurigheid die vergelijkbaar is met de grootte van de toorts.
De gebruikte techniek is Very Long Baseline Interferometry (VLBI), waarbij waarnemingen die met veel telescopen zijn gedaan, worden gecombineerd om de resolutie te bereiken van een buitengewoon grote telescoop die bijna zo groot is als de aarde. De VLBA-telescopen strekken zich uit van Hawaï over de continentale Verenigde Staten tot het Maagdeneiland St. Croix en produceren de resolutie van een telescoop met een diameter van 8000 km. Hoewel de VLBA een extreem hoge resolutie heeft, vereist het extreem heldere en zeer compacte radiobronnen zoals masers voor dergelijke metingen (een maser is het microgolfequivalent van een laser.) Samen met water is methanol het meest verspreide maser-molecuul dat wordt gevonden in ster- vormende regio's. De spectraallijn voor methanol die voor dit experiment werd gebruikt, werd ontdekt in de loop van het proefschrift van prof. Menten in de jaren tachtig. In 1988 voerden ze in samenwerking met Dr. Reid de eerste VLBI-waarnemingen uit van methanolmasers; het doelwit was toen ook W3OH. 'We droomden toen al van observaties als deze', zegt Menten.
In feite zijn vergelijkbare VLBA-waarnemingen ook gedaan op watermaskers in W3OH. Deze inspanning, geleid door Kazuya Hachisuka van de MPIfR, leverde een afstand op die vergelijkbaar was met de methanolmasers. "Een prachtige bevestiging!" zegt Hachisuka. Zijn team bestaat ook uit Reid en Menten en een aantal Japanse wetenschappers.
De methanolwaarnemingen zijn slechts het begin van een zeer grootschalig project dat Reid en Menten zijn gestart. Het zal afstanden en bewegingen van methanolmasers over de hele Melkweg bepalen. Het heeft een groot blok VLBA-observatietijd gekregen. Naast de bewegingen aan de hemel leveren deze waarnemingen ook de snelheid van de ster op naar of van de waarnemer af door de Doppler-verschuiving van de methanollijnen te meten. De resulterende driedimensionale bewegingen zullen unieke beperkingen opleveren, niet alleen op de rotatie van de Melkweg, maar ook op de verspreiding van de ongeziene donkere materie die wordt verondersteld deze te omringen.
Hoewel de methode - eenvoudige trigonometrie - eenvoudig klinkt, vereist de transformatie naar praktische resultaten een uitgebreid begrip van VLBA en alle aspecten van de waarnemingen, inclusief grondige modellering van de aardatmosfeer die de binnenkomende radiogolven beïnvloedt. Dr. Reid heeft vele jaren van zijn leven gewijd aan het bereiken van het punt waarop programma's zoals deze kunnen worden uitgevoerd.
In de loop der jaren werd deze werkelijk internationale inspanning ondersteund door een onderzoeksprijs die aan Dr. Reid werd toegekend door de Alexander von Humboldt Foundation. De samenwerking met Shanghai Observatory wordt ondersteund door een gezamenlijk programma van de Max Planck Society, de Chinese Academie van Wetenschappen en het bezoekersprogramma van het Smithsonian Institution.
Oorspronkelijke bron: Max Planck Society
