Een staaltje astronomische integratie van de bovenste plank: buitenwijken Melkweg blijken restanten van ander sterrenstelsel

Alsof je na tientallen jaren ineens ontdekt dat je zolderverdieping ooit op een ander huis stond. Zoiets, maar dan op kosmische schaal, onthult astronoom Amina Helmi (Rijksuniversiteit Groningen) nu over ons stellaire thuis, de Melkweg. In het vakblad Nature schrijft zij deze week samen met collega’s dat de buitenwijken van ons sterrenstelsel hun leven begonnen als een compleet ánder stelsel.

Die verrassende conclusie trekken zij na analyse van de beweging en chemische samenstelling van sterren in de buitenste delen van de Melkweg. Het gaat daarbij om het binnenste deel van de zogeheten ‘halo’, een soort bolvormige ruimte om het stelsel heen, en de zogeheten ‘dikke schijf’, gelegen vlak voorbij de grenzen van de kenmerkende spiraalarmen van ons stelsel. Die gebieden bleken tjokvol vreemdelingen te zitten: sterren uit dat andere stelsel, hier gestrand nadat hun thuis zo’n tien miljard jaar geleden in volle vaart boven op de Melkweg klapte.

‘Dit is een erg belangrijke ontdekking’, zegt sterrenkundige Selma de Mink (Universiteit van Amsterdam), zelf niet bij het onderzoek betrokken. ‘Dit gaat over de ontstaansgeschiedenis van ons ‘kosmisch moederschip’, en dus eigenlijk over onze eigen geschiedenis.’

Hoewel sterrenkundigen al langer vermoedden dat in het verleden botsingen hadden plaatsgevonden, wist niemand iets over het sterrenstelsel dat Helmi en collega’s nu Gaia-Enceladus dopen. En dat terwijl de botsing met dat stelsel zeer grote invloed had op hoe de Melkweg er vandaag uitziet. ‘Die botsing is echt een mijlpaal in onze galactische geschiedenis’, zegt Helmi.

Astronomische integratie

De botsing lost bijvoorbeeld het raadsel op van hoe de halo en dikke schijf konden ontstaan. Eerder hadden astronomen met computersimulaties al gesuggereerd dat die dikke schijf – het gebied direct buiten de spiraalarmen – het gevolg was van een botsing. Maar de ware schaal had niemand zien aankomen.

‘Het was niet doorgedrongen dat naast de schijf ook de complete halo uit immigranten kon bestaan’, zegt Helmi. Bovendien bleek alles afkomstig uit één enkele cataclysmische ontmoeting, terwijl meerdere kleine gebeurtenissen eigenlijk veel meer voor de hand lagen. ‘Dat was een waanzinnige verrassing’, zegt zij.

‘De Melkweg heeft deze stellaire immigranten blijkbaar vreedzaam opgenomen’, zegt De Mink. ‘Ze zitten tegenwoordig verspreid over de hele hemel. Je kunt ze alleen nog herkennen aan hun spectra en afwijkende omloopbanen; ze maken nu echt deel uit van onze Melkweg.’ Een staaltje astronomische integratie van de bovenste plank, dus. 

Sterrenkundigen beschikken sinds kort over een ware schatkist aan meetgegevens, verzameld door de zogeheten Gaia-missie. Die missie turfde van miljoenen sterren in de Melkweg de positie en snelheid, en maakte op die manier een zeer nauwkeurige, driedimensionale kaart van onze stellaire achtertuin.

Luchtfoto

‘Eigenlijk kenden we de Melkweg tot nog toe niet zo goed’, zegt De Mink. Dat klinkt wellicht verrassend – we wonen immers ín de Melkweg – maar net zoiets gaat op voor de stad waarin je woont. Ook daarvan kun je, vanaf de grond, lastig een stratenplan tekenen. ‘Het lukt pas echt goed wanneer je een luchtfoto kunt maken. Van de Melkweg kan dat niet; we kunnen er niet zomaar even uitvliegen en van boven een foto maken.’

De gegevens in de Gaia-kaart zorgden de afgelopen tijd al vaker voor ontdekkingen. Zo kwam Helmi eind september nog met het resultaat naar buiten dat de sterren in de Melkweg meetbaar natrillen door een schampschot van een ander, veel kleiner, sterrenstelsel. Die gebeurtenis vond wel veel korter geleden plaats: zo’n 500 miljoen jaar terug. 

De huidige ontdekking is van een heel andere orde, zegt Helmi. ‘Dit gaat over onze vroegste geschiedenis, over hoe de Melkweg is ontstaan.’

Tot nog toe weet niemand precies hoe oud de Melkweg is. ‘De oudste sterren die we hebben gevonden die geboren zijn nadat de Melkweg was gevormd, zijn 11 miljard jaar’, zegt zij. Ter vergelijking: het heelal zelf is ongeveer 14 miljard jaar oud. De botsing die Helmi nu heeft ontdekt, vond 10 miljard jaar terug plaats, toen ons kosmisch thuis nog piepjong was. 

Galactische geologie

De kenmerkende spiraalarmen waarin ook de zon zich bevindt zijn van ná de botsing. De sterren daar zijn grofweg 8 miljard jaar oud. Door vanuit de huidige Gaia-gegevens terug te rekenen, kan Helmi schatten hoe de Melkweg er voor die tijd moet hebben uitgezien. ‘Een soort galactische geologie, eigenlijk’, zegt zij.

Ideeën over hoe sterrenstelsels er zo lang geleden uitzagen, zijn tot nog toe vaak gebaseerd op computermodellen en niet op metingen. De Gaia-gegevens zorgen er nu echter voor dat astronomen die modellen kunnen toetsen aan waarnemingen. Dat is belangrijk, want alleen op die manier kunnen wetenschappers controleren of hun ideeën kloppen. Helmi: ‘We kunnen dankzij Gaia echt terugkijken in de tijd. Terug naar het vroegste begin van ons kosmisch thuis.’

De botsing die de Melkweg vormgaf, blijkt vrij extreem. ‘We wisten wel dat botsingen plaatsvonden, maar hadden niet zo’n groot stelsel verwacht’, zegt Helmi. Gaia-Enceladus had toen het tien miljard jaar geleden frontaal op ons knalde een vierde van de massa van de toenmalige Melkweg. ‘Een botsing met zo’n groot stelsel leidt vaak tot stervorming’, zegt Helmi. Ze gaat daarom nu in de meetgegevens op zoek naar bewijzen voor zo’n plotselinge geboortegolf van sterren.

Onze eigen zon is overigens niet bij de botsing ontstaan. ‘Die is pas 4,5 miljard jaar geleden geboren’, zegt Helmi. ‘Bovendien draait de zon in een nette cirkelbaan. Dat is een belangrijke aanwijzing dat hij tijdens zijn leven nog niet veel extreems heeft meegemaakt.’