Gaia laat zien dat de ‘dikke schijf’ van de Melkweg al 13 miljard jaar geleden ontstond, véél eerder dan gedacht

Gebruikmakend van gegevens die verzameld zijn met de Europese Gaia ruimtetelescoop hebben sterrenkundigen ontdekt dat een deel van het Melkwegstelsel, dat bekend staat als de ‘dikke schijf’ zich al 13 miljard jaar geleden begon te vormen, dus al 800 miljoen jaar na de oerknal, dat is 2 miljard jaar eerder dan wat men eerder dacht. Maosheng Xiang en Hans-Walter Rix (Max-Planck Institute for Astronomy, Heidelberg) hebben de gegevens van Gaia’s Early Data Release 3 (EDR3) dataset geanalyseerd, tesamen met de spectraalgegevens van 250.000 sterren van de Chinese Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST). Xiang en Rix keken bij hun onderzoek vooral naar subreuzen, dat zijn sterren die gestopt zijn met de fusie van elementen in hun kern en die nog wel een fusie in een schil om de kern kennen, waarbij ze groeien tot een rode reus. Het is in de levensloop van sterren maar een korte fase, maar dat biedt wel de mogelijkheid om exact hun ouderdom te kennen, hoewel de berekening daarvoor ingewikkeld is.

De leeftijd van sterren is moeilijk te bepalen, maar hun chemische samenstelling biedt daarvoor een handvat. Toen het heelal ontstond had je alleen waterstof en helium, de lichtste elementen. Pas toen de eerste sterren zich vormden ontstonden ook zwaardere elementen, die de sterrenkundigen ‘metalen’ noemen. De ‘metalliciteit’ van sterren, de hoeveelheid zware elementen die ze bevatten, is daarom een indicatie voor hun leeftijd, hoe meer metalen, des te jonger ze zijn. Dankzij de EDR3 gegevens van Gaia en de metingen van LAMOST konden de twee sterrenkundigen van de subreuzen met een onnauwkeurigheid van slechts een paar procent hun leeftijd bepalen – vroeger was die onzekerheid 20 tot 40%.

Het Melkwegstelsel bestaat ruwweg uit twee delen, de bolvomige halo en de platte schijf. Die laatste bestaat weer uit twee delen, de dikke schijf en de dunne schijf. De dunne schijf bevat de meeste sterren die we zien als de mistige lichtband aan de nachtelijke hemel die we de Melkweg noemen. De dikke schijf is meer dan het dubbele van de hoogte van de dunne schijf, maar heeft een kleinere straal en bevat slechts een paar procent van de sterren van de Melkweg in de buurt van de zon (zie de afbeelding bovenaan). Door naar de subreuzen in beide schijven te kijken konden Xiang en Rix een indruk krijgen van de leeftijd van de twee gebieden en dat leverde een verrassing op. Er bleken namelijk twee aparte fasen te zijn geweest van de vorming van het Melkwegstelsel.

In de eerste fase, die slechts 0,8 miljard jaar na de oerknal begon, begon de dikke schijf sterren te vormen. De binnenste delen van de halo kunnen in dit stadium ook begonnen zijn om samen te komen, maar het proces versnelde ongeveer twee miljard jaar later, toen een dwergstelsel dat bekend staat als Gaia-Sausage-Enceladus samensmolt met de Melkweg. Het vulde de halo met sterren en het zorgde ervoor dat de zich ontwikkelende dikke schijf de meerderheid van zijn sterren vormde. De dunne schijf van sterren, waarin o.a. de zon zich bevindt, werd gevormd tijdens de daaropvolgende, tweede fase van de vorming van de melkweg. De stervorming in de dikke schijf als gevolg van de botsing met Gaia-Sausage-Enceladus ging door tot het koele gas op was in de schijf, iets wat zes miljard jaar na de oerknal gebeurde. Gedurende deze tijd nam de metalliciteit van de dikke schijf toe met meer dan een factor 10. Opmerkelijk genoeg zien de twee onderzoekers een zeer nauwe relatie tussen stellaire leeftijd en metalliciteit, wat aangeeft dat gedurende die periode het gas dat de sterren vormde goed gemengd was over de hele schijf, dus de dikke en dunne schijf. Dit betekent dat de schijfgebieden van de vroege Melkweg moeten zijn gevormd uit zeer turbulent, beweeglijk gas dat de metalen effectief wijd en zijd verspreidde. Hier het vakartikel over het onderzoek aan de subreuzen in de Melkweg, verschenen in Nature. Bron: Phys.org.