De Melkweg heeft een binnenring, net buiten de kern

In de afgelopen eeuw hebben astronomen veel geleerd over de kosmos en onze plaats daarin. Van de ontdekking dat het heelal in een constante staat van expansie is tot de ontdekking van de kosmische microgolfachtergrondstraling (CMB) en het kosmologische model van de oerknal, onze perceptie van de kosmos is enorm uitgebreid. En toch vinden veel van de meest diepgaande astronomische ontdekkingen nog steeds plaats in onze kosmische achtertuin – onze eigen Melkweg.

Vergeleken met andere sterrenstelsels, die astronomen relatief gemakkelijk kunnen oplossen, zijn de structuur en grootte van de Melkweg voortdurend herontdekt. De meest recente is afkomstig van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE)(*), waar wetenschappers een voorheen onontdekte binnenring van metaalrijke sterren net buiten de Galactische Balk hebben gevonden. Het bestaan van deze ring heeft nieuwe inzichten opgeleverd in de stervorming in dit deel van het melkwegstelsel tijdens de vroege geschiedenis van het stelsel.

Bij de foto: Een diagram van de Melkweg. De zon wordt aangegeven in de buurt van de bodem in de "Orion spur" (uitloper). Afbeelding: NASA

Het bepalen van de structuur en grootte van het Melkwegstelsel is altijd ontsierd door het feit dat we ons in de melkwegschijf van de Melkweg bevinden, dicht bij een van zijn spiraalarmen. Vanaf dit uitkijkpunt worden sterren verduisterd door dichte wolken van gas en stof, vooral in de richting van het centrum van de Melkweg. Dit heeft het bijzonder moeilijk gemaakt om de structuur van het binnenste van de Melkweg te bepalen.

Een blijvend mysterie over ons melkwegstelsel is of het al dan niet stervormende binnenringen had, die zijn gezien in andere schijfstelsels. Gelukkig hebben wetenschappers van het MPE de afgelopen tien jaar gegevens van verschillende observatiecampagnes - waaronder de APOGEE-enquête en het Gaia Observatorium - gecombineerd met geavanceerde computersimulaties. Het resultaat was een ultramodern model van de binnenste Melkweg dat een balk met een pinda-vormige uitstulping onthulde. Deze uitstulping wordt bevolkt door sterren die vier tot negen miljard jaar geleden zijn gevormd, met een piek in leeftijd tussen zes en acht miljard jaar.

Het APOGEE-onderzoek is een grootschalige, stellaire spectroscopische campagne die wordt uitgevoerd door de Sloan Digital Sky Survey (SDSS)(**), gevestigd in het Apache Point Observatory in New Mexico. Dit onderzoek werd uitgevoerd op nabij-infrarode golflengten, wat waarnemingen mogelijk maakt die bij optisch licht niet mogelijk zouden zijn. Met name dankzij de IR-waarnemingen van APOGEE kan het door de stoffige gebieden van de Melkweg kijken, zoals de schijf en de uitstulping.

Hierdoor kon het MPE-team de elementabundanties, posities, gezichtslijnsnelheden en geschatte leeftijden van alle sterren in de nieuw waargenomen uitstulping bepalen. Ondertussen leverden de gegevens die zijn verkregen door de Gaia-missie van de ESA, nauwkeurige metingen van de posities en eigenbewegingen van deze sterren. Het team combineerde vervolgens al deze waarnemingen met een model dat ze maakten van de werking van het binnenste van de Melkweg. Zoals Shola M. Wylie, een Ph.D. student aan MPE en hoofdauteur van de studie, verklaart:

"We hebben meer dan 30 000 sterren uit het APOGEE-onderzoek geïntegreerd met aanvullende gegevens van Gaia in de balk en de ontdekte uitstulping van onze melkweg om de volledige banen van deze sterren te verkrijgen. En met deze banen kunnen we effectief achter de galactische uitstulping kijken, evenals andere ruimtelijke regio's die niet door de onderzoeken worden bestreken. Rond de centrale balk vonden we een binnenste ringstructuur die meer metaalrijk is dan de balk zelf en waar de sterren jonger zijn, ongeveer 7 miljard jaar.”

Om de sterren in de ring en de balkstructuren te scheiden, observeerde het team hoeveel hun banen afweken van een cirkel (d.w.z. hun excentriciteit). Hieruit ontdekten ze dat de sterren in de ring jonger en meer metaalrijk zijn dan de sterren in de balk en meer geconcentreerd zijn in de richting van het Galactische vlak. Dit suggereert dat sterren in de stellaire ring door instromend gas moeten zijn blijven vormen nadat de balk op zijn plaats was.

Daarom kunnen astronomen de leeftijd van de sterren in de binnenste ring gebruiken om terug te blikken op de ontstaansgeschiedenis van de Melkweg. Op basis van de gemiddelde leeftijd van de sterren schat het MPE-team dat de Galatische balk minstens 7 miljard jaar geleden is gevormd. Op dit moment is het niet duidelijk of er een verband is tussen de nieuw ontdekte binnenring en de spiraalarmen van het sterrenstelsel en of er momenteel gas naar binnen wordt geleid naar een stervormende dunne binnenring, zoals bij andere spiraalstelsels.

Nu de volgende generatie telescopen operationeel worden, zullen meer gedetailleerde galactische onderzoeken mogelijk zijn. In combinatie met verbeterede modellen (wat mogelijk zal zijn met behulp van meer geavanceerde software) zullen deze gegevens astronomen in staat stellen meer te leren over hoe de ringstructuur overgaat naar de omringende schijf in de Melkweg.

Referentie: S.M. Wylie, et al. "De binnenring van middelbare leeftijd van de Melkweg". Astronomie en astrofysica, 659 (2022): A80.
Bron: Universe Today, door Matt Williams.
Vertaling: Jan Vyvey

(*) https://en.wikipedia.org/wiki/Max_Planck_Institute_for_Extraterrestrial_Physics (Engelstalig)

(**) https://en.wikipedia.org/wiki/Sloan_Digital_Sky_Survey (Engelstalig)