Melkweg bevat minder massa dan gedacht, zo laat Gaia zien

Credit: Jiao, Hammer et al. / Observatoire de Paris—PSL / CNRS / ESA / Gaia / ESO / S. Brunier

Een internationaal team van sterrenkundigen onder leiding van Paris Observatory–PSL en de CNRS is de massa van het Melkwegstelsel bepaald en deze bleek lager te zijn dan gedacht. De massa blijkt 2,06 x 10¹¹ zonsmassa te bedragen, zeg 200 miljard zonsmassa. Dat is maar liefst vier tot vijf keer minder dan eerdere schattingen die waren gemaakt. De nieuwste bepaling is gebaseerd op de gegevens van de derde Gaia release, die in 2022 werd gepubliceerd en waarin de gegevens van maar liefst 1,8 miljard sterren zijn te vinden. Van die sterren zijn drie ruimtelijke componenten en drie snelheidscomponenten in een zesdimensionale ruimte binnen de Melkweg te vinden en op basis daarvan was men in staat om een nauwkeurige rotatiecurve van de Melkweg te maken, een curve waarin de snelheid van de sterren te zien is tegenover de afstand tot het centrum van de Melkweg – zie het resultaat hierboven, de zon zit ongeveer bij 10 kpc. Met de rotatiecurve kan men dan vervolgens de massa bepalen. Dat is eerder ook al gebeurd en óók voor andere spiraalstelsels, in de jaren zeventig van de vorige eeuw door Vera Rubin aan de hand van geïoniseerd gas en door Albert Bosma aan de hand van neutraal has. Voor het Melkwegstelsel zelf was die rotatiecurve altijd lastig te bepalen, omdat we er midden in zitten en dat maakt het lastig om de positie en beweging van de sterren in het Melkwegvlak precies te bepalen. Maar men Gaia kon men dat wel doen en wat blijkt: het idee was dat de rotatiecurve van de Melkweg vlak zou zijn, d.w.z. dat er een soort van plateau zou zijn in de snelheid van de sterren in de buitengebieden van de Melkweg, een plateau veroorzaakt door de aanwezigheid van donkere materie in een halo rondom de Melkweg. Maar dat plateau blijkt er niet te zijn! Er is sprake van een zogeheten Kepleriaanse afname (in de afbeelding ‘décrouissance Képlerienne‘), een afname die volgt uit de wetten van Kepler en die ook te zien is in de snelheid van de planeten in het zonnestelsel.

A brief reflection on recent Gaia results indicating a Keplerian rotation curve and a Milky Way mass of only 2E11 (not 12) solar masses. https://t.co/jZaSjOgAzg

— Stacy (@DudeDarkmatter) September 8, 2023

Bij andere spiraalstelsels is die Kepleriaanse afname niet gevonden, daar is sprake van een vlakke rotatiecurve. Vraag is dus waarom de Melkweg hierin afwijkend is van de andere spiraalstelsels. Van die 200 miljard zonsmassa is pakweg 60 miljard zonsmassa bestaande uit sterren en gas, dus zo’n 1/3e van de totale massa. Die andere 2/3e is donkere materie. En dat is ook opvallend, want tot nu toe dacht men altijd dat de verhouding gewone materie – donkere materie 1 op 6 was. Dat betekent dat er weinig donkere materie buiten de schijf van ons Melkwegstelsel aanwezig is, minder dan men eerst dacht. Ook hier de vraag: waarom is de Melkweg hierin afwijkend? Eén van de verklaringen zou kunnen zijn dat het Melkwegstelsel relatief weinig grote botsingen heeft ondergaan en daarmee weinig gravitationele verstoringen heeft meegemaakt. De laatste grote botsing vond negen miljard jaar geleden plaats ^[1]Dat was de botsing met het ‘Gaia-Sausage-Enceladus’ (GSE) stelsel., terwijl het gemiddelde voor spiraalstelsels één botsing per zes miljard jaar is. Er zou ook sprake kunnen zijn van een verschil in metingen en dat de metingen in de zesdimensionale ruimte in de Melkweg andere resultaten opleveren dan de metingen met neutraal gas in andere stelsels.

Meer informatie vind je in het vakartikel van Y.-J. Jiao et al, Detection of the Keplerian decline in the Milky Way rotation curve, Astronomy & Astrophysics (2023).

Bron: Observatoire de Paris.

Gerelateerde Astroblogs:

Aan de rand van het Melkwegstelsel gaan sterren minder hard dan gedacht – hoe kan dat? Astronomen stellen een ‘spiegeluniversum’ voor als mogelijke verklaring voor donkere materie Meting ontsnappingssnelheid Melkwegstelsel levert z’n massa op: 640 miljard zonsmassa