Gaia laat zien dat de meeste dwergstelsels rond de Melkweg nieuwkomers zijn

Enkele van de onderzochte dwergstelsels rondom de Melkweg. Credit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

De dwergstelsels om het Melkwegstelsel heen werden altijd gezien als satellieten die vanaf het begin van de ontwikkeling van de Melkweg in onze buurt zijn geweest. Ze zouden miljarden jaren geleden ingevangen zijn en sindsdien rondjes draaien om het Melkwegstelsel heen. Maar wat laat nu recente analyse van de ‘vroege’ derde uitgave van gegevens van de Europese satelliet Gaia zien: dat die dwergstelsels recente nieuwkomers zijn. François Hammer (Observatoire de Paris) en haar collega’s hebben die gegevens bestudeerd en daarbij gekeken naar de snelheden van 40 dwergstelsels in de buurt van de Melkweg – we kennen zo’n vijftig dwergstelsels rondom de Melkweg. En daaruit blijkt dat de stelsels veel sneller gaan dan gedacht, sneller dan de sterren en sterclusters waarvan we weten dat die om de Melkweg draaien. Ze gaan te snel om (nu al) om de Melkweg te draaien, want zou dat het geval zijn dan hadden ze al veel momentum en snelheid verloren moeten hebben. We weten dat het Melkwegstelsel in het verleden dwergstelsels heeft ingevangen, zoals Gaia-Enceladus pakweg 8 tot 10 miljard jaar geleden (zie de impressie hieronder) en het Sagittariusstelsel 4 tot 5 miljard jaar geleden.

Vergelijking van een still uit de simulatie (links) met een artistieke impressie van de Gigant Enceladus die wordt verzwolgen door de Melkweg (rechts). Credit links: H.H. Koppelman, A. Villalobos, A. Helmi. Credit rechts: R. van der Woude, A. Helmi, Coyau (Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0), NASA/STScI. 

Maar die 40 onderzochte dwergstelsels moeten pas recent – lees: hooguit enkele miljarden jaren geleden – zijn komen aanvliegen. Tot die dwergstelsels behoren niet de Grote Magelhaense wolk, waarvan eerder al os vastgesteld dat die te snel beweegt om in een baan om het Melkwegstelsel te vliegen. Dat de dwergstelsels NU geen vaste baan om de Melkweg hebben wil niet zeggen dat ze linea recta doorvliegen en naar andere delen van het heelal vliegen. Het is goed mogelijk dat een deel door de zwaartekracht wordt ingevangen en toch een echte satelliet van de Melkweg wordt. Maar ook dat kan nog miljarden jaren duren. Even geduld dus mensen! Hier het vakartikel over het onderzoek aan de 40 dwergstelsels, vandaag verschenen in The Astrophysical Journal. Bron: ESA.

Sterrenkundigen in 2.034 stersystemen zitten eersterangs om de aarde te zien

Credit: GooKinSword/Pixabay.

Met ruimtetelescopen zoals voorheen Kepler en nu TESS kunnen we bij andere sterren dan de zon exoplaneten zien, planeten die zich, ‘verraden’ doordat ze gezien vanaf de aarde periodiek voor hun centrale ster langsschuiven en door die transitie een kleine dip in de lichtsterkte van de ster veroorzaken. Maar het omgekeerde kan uiteraard ook: dat vanaf planeten bij andere sterren door hypothetische sterrenkundigen aldaar wordt gezien dat de aarde voor de zon langs schuift, voor sol, zoals het geloof ik in galactisch spraakgebruik heet. En dat is precies wat sterrenkundigen van Cornell University en het American Museum of Natural History duidelijk probeerden te krijgen: vanuit welke stersystemen binnen een afstand van 326 lichtjaar (100 parsec) zijn in de periode van 5000 jaar geleden tot 5000 jaar na nu transities van de aarde voor de zon langs te zien?

Impressie van de aarde en de zon met op de achtergrond de vele stersystemen in de Melkweg waarvandaan men een transitie van de aarde voor de zon langs kan zien. Credit: OpenSpace/American Museum of Natural History

Om dat heel nauwkeurig te kunnen berekenen maakten ze gebruik van de gegevens uit de eDR3 catalogus, die met de Europese Gaia ruimtetelescoop zijn verzameld. Dat leverde welgeteld 2.034 stersystemen op waar dat mogelijk is, 1.715 waar dat afgelopen 5000 jaar al kon en daar komen komende vijf millennia nog 319 stersystemen bij (een eerdere berekening vorig jaar leverde 1.004 sterren op waar dan kon). Dat het niet altijd dezelfde sterren zijn waar vandaan transities van de aarde zichtbaar zijn is eenvoudig te verklaren: sterren in de Melkweg bewegen voortdurend en daardoor verandert hun onderlinge positie en daarmee ook hun blik op elkaar continu. Tot de 2.034 stersystemen zijn er zeven waarvan we weten dat die exoplaneten hebben.

Impressie van Ross 128b met op de achtergrond de rode dwergster. Credit: ESO/M. Kornmesser

Eentje daarvan is het Ross 128 systeem met een rode dwergster in het sterrenbeeld Maagd, waar een planeet omheen draait die op de aarde lijkt, slechts 11 lichtjaar van ons verwijderd (zie impressie hierboven). Op die planeet konden ze transities van de aarde zien startend vanaf 3057 jaar geleden en dat vervolgens 2158 jaar lang, tot pakweg 900 jaar geleden. Het welbekende TRAPPIST-1 systeem, waar maar liefst zeven op de aarde lijkende planeten omheen draaien (waarvan vier in de leesbare zone van de ster), is over 1642 jaar aan de beurt om aarde-transities te zien en dan 2371 jaren achtereen. In Nature verscheen het vakartikel over de berekeningen aan de stersystemen waar vandaan ze transities van de aarde konden/kunnen zien. Bron: Science Daily.

Rem op draaiing centrale balk Melkweg bevestiging van donkere materie

Voorstelling van ons Melkwegstelsel. Credit: Pablo Carlos Budassi/Wikimedia Commons

Ons Melkwegstelsel is een balkspiraalstelsel, een spiraalstelsel niet met een bolvormige centrale verdikking, maar met een lange ‘balk’ in het centrum, een SB stelsel in Hubble’s kwalificatiesysteem. Recent onderzoek door twee sterrenkundigen van de Universiteit College London (UCL) en Universiteit van Oxford laat zien dat die centrale balk sinds het ontstaan van de Melkweg met een kwart langzamer is gaan roteren. Die afname van de rotatiesnelheid werd meer dan dertig jaar geleden al voorspeld (Tremaine & Weinberg, 1984), maar het is nu pas dat die rem ook daadwerkelijk gemeten is. In de gegevens verzameld met de Europese Gaia satelliet keken de sterrenkundigen naar de informatie over de Hercules stroom, een lange sliert van sterren, die in resonantie is met de centrale balk, dat wil zeggen die door de zwaartekracht in hetzelfde tempo om het Melkwegcentrum draait als de centrale balk. Die resonantie is vergelijkbaar met bijvoorbeeld de Trojanen, een groep planetoïden in de baan van Jupiter, die dezelfde snelheid aanhouden als de planeet. Als de snelheid van de centrale balk afneemt zullen de sterren in de Hercules stroom verder van de Melkweg af bewegen, om zodoende dezelfde snelheid te behouden t.o.v. het centrum. En dat is precies wat Rimpei Chiba en Ralph Schönrich konden zien in de Gaia data, dat de sterren in de Hercules stroom steeds verder van het centrum af raken. Dat konden ze meten door te kijken naar de hoeveelheid metalen in de sterren, dat zijn de elementen zwaarder dan helium. Sterren in het centrum van de Melkweg bevatten pakweg tien keer zoveel metalen als sterren in de schijf of de halo van de Melkweg.

Voorstelling van donkere materie in de halo om de Melkweg. Credit: Wikipedia.

De sterren van de Hercules stroom moeten vroeger dus dichterbij het centrum hebben gezeten en dat laat zien dat ze er vanaf bewegen. Op basis hiervan hebben Chiba en Schönrich berekend dat de centrale balk sinds het ontstaan van de Melkweg 24% langzamer is gaan draaien. En dat komt door de remmende werking van de zwaartekracht veroorzaakt door de donkere materie in de halo van de Melkweg. Dát is tegelijk een probleem voor de modellen die geen donkere materie kennen, zoals de MOND theorie, die uitgaat van een aangepaste zwaartekrachtwet. Dergelijke theorieën hebben geen donkere materie in de halo van sterrenstelsels en ze voorspellen dan ook geen of een veel lagere vertraging in de rotatiesnelheid van de centrale balk. En dat is dus in strijd met de waarnemingen die nu gedaan zijn. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan de rem op de snelheid van de centrale balk, in augustus te verschijnen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Phys.org.

Veel viervoudige quasars ontdekt met behulp van kunstmatige intelligentie

Vier van de ontdekte viervoudige quasars. De namen zijn verzonnen door Stern’s team. Credit: The GraL Collaboration

Een team van sterrenkundigen heeft gebruikmakend van kunstmatige intelligentie een dozijn quasars ontdekt, die door de werking van een zwaartekrachtlens tussen de quasar en de aarde in beeld verviervoudigd zijn. Afgelopen veertig jaar waren al een stuk of vijftig van die viervoudige quasars bekend, maar dat aantal is in slechts 1,5 jaar tijd met 20% toegenomen door een team sterrenkundigen onder leiding van Daniel Stern (Jet Propulsion Laboratory). Zijn team keek met een methode van machinaal leren, genaamd Centaurus’ Victory, naar gegevens die verzameld zijn door talloze instrumenten, zoals de Europese Gaia ruimtetelescoop en NASA’s Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Dat leverde de ontdekking op van twaalf ‘quadruply-imaged quasars’ op, ook wel ‘quads’ genoemd. Het zijn niet echt vier quasars die vlak bij elkaar staan, maar het is slechts één quasar, waarvan het beeld door de zwaartekrachtwerking van een sterrenstelsel precies tussen de quasar en de aarde in vieren wordt gesplitst (zie de afbeelding hieronder).

Zo ontstaat een viervoudige quasar. Credit: R. Hurt (IPAC/Caltech)/The GraL Collaboration

Men wil de viervoudige quasars gaan gebruiken om meer te weten te komen over de snelheid waarmee het heelal uitdijt. Zoals bekend is er de zogeheten Hubble-spanning, waarbij er verschil is in de waarde van de snelheid waarmee het heelal uitdijt op basis van waarnemingen aan het vroege heelal en het huidige heelal. De quasars zitten tussen het vroege en huidige heelal in en kunnen daarmee mogelijk een brug slaan tussen de twee uiteenlopende waarden. Hier het vakartikel van Stern et al, at gepubliceerd gaat worden in the Astrophysical Journal. Bron: CalTech.

Paren botsende quasars met de kortste afstand tussen de zwarte gaten ontdekt

Impressie van de twee botsende quasars. Credit:
International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Sterrenkundigen hebben in het verre heelal twee paar quasars ontdekt, waarvan de superzware zwarte gaten in hun centrum op korte afstand van elkaar staan. De dubbele quasars werden in eerste instantie ontdekt met de Hubble en Gaia ruimtetelescopen, die een oorspronkelijke groslijst van 15 quasars wisten terug te brengen tot twee paar quasars. De ruimtetelescopen waren echter niet in staat om de afzonderlijke quasars in de paren te scheiden van elkaar. Het was pas door de inzet van de Gemini North telescoop op Hawaï dat men in staat was de quasars spectroscopisch van elkaar te scheiden. Dat deed men met de Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS). In beide paren staan de twee superzware zwarte gaten op slechts 10.000 lichtjaar afstand van elkaar, de kortste afstand die tot nu toe bij paren botstende quasars gevonden is. De paren quasars staan op zo’n tien miljard lichtjaar afstand. De sterrenkundigen schatten in dat ongeveer 1 op de duizend quasars dubbel is. Quasars zijn feitelijk sterrenstelsels die een actief superzwaar zwart gat in hun centrum hebben, actief doordat het zwarte gat materie aantrekt. Doordat het zwarte gat (middels z’n accretieschijf) intense hoeveelheid straling uitzendt wordt de rest van het sterrenstelsel geheel overstraald en zien we vanaf de aarde alleen de heldere kern, die als een puntbron oogt.

Gelabelde versie van de impressie van de dubbele quasar. Credit:
International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Hier is het vakartikel over de ontdekking van de twee paren quasars, verschenen in Nature Astronomy. Hieronder tenslotte een video over de ontdekking.

Bron: Noirlab.

Open sterrenhoop Hyaden is mogelijk uit elkaar getrokken door donkere materie

De kern van de open sterrenhoop Hyaden. Naar twee kanten zie je je getijdeslierten van uitgewaaierde sterren. Credit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO; acknowledgement: S. Jordan/T. Sagrista.

Waarnemingen met behulp van de Europese Gaia ruimtetelescoop aan de Hyaden, de meest nabije open sterrenhoop tot de zon, hebben laten zien dat de leden van de cluster in twee richtingen uit elkaar worden getrokken. Sterrenkundige Tereza Jerabkova (ESO) en haar team zijn in de Gaia gegevens gedoken, specifiek in de tweede datarelease (DR2) en de vroege derde datarelease (EDR3) en daaruit komt naar voren dat de sterren van de Hyaden naar twee tegenovergestelde richtingen uit elkaar worden getrokken. De Hyaden bevinden zich op slechts 153 lichtjaar afstand van de zon, gelegen in het sterrenbeeld Stier (Taurus), en is zo’n 600 á 700 miljoen jaar oud eh… jong. Met het blote oog zijn er van de cluster al enkele leden zichtbaar, te zien in een soort van V-vorm, maar met de telescoop blijken er honderden sterren bij te horen, verspreid in een gebied van ongeveer 60 lichtjaar groot, zo was al lang bekend.

De getijdeslierten blijken volgens de Gaia gegevens nog veel groter te zijn. Credit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO; acknowledgement: S. Jordan/T. Sagrista.

Maar nu blijkt uit het onderzoek van Jerabkova en haar team dat er in de Melkweg nog duizenden andere sterren zijn, die ooit hebben behoord tot de Hyaden, maar die er door de getijdewerking van een zeer zware, maar onzichtbare structuur uit getrokken zijn.

In twee slierten van wel duizenden lichtjaren lang zijn met Gaia die voormalige leden van de Hyaden teruggevonden. Daarnaast laten de Gaia gegevens zien dat er ook sterren worden vermist, iets dat niet kan zijn gebeurd door het ‘normale’ uiteenvallen van de sterrenhoop, iets dat continu het lot is van iedere sterrenhoop.

De simulaties die Jerabkova et al hebben gedaan laten zien dat de enorme getijdeslierten van de Hyaden ontstaan moeten zijn door de botsing met een massieve structuur van zo’n tien miljoen zonsmassa zwaar (zie de video’s hierboven). Zo’n structuur is echter niet te zien in de buurt van de zon. Vandaar dat ze denken dat het gaat om een zogeheten sub-halo van donkere materie, waarmee de Hyaden in botsing moet zijn gekomen. Modellen van sterrenstelsels gaan er van uit dat dergelijke wolken van donkere materie bijdragen aan het ontstaan en de verdere evolutie van de stelsels. Het vakartikel over de waarnemingen aan de Hyaden zal verschijnen in het tijdschrift Astronomy and Astrophysics, Bron: ESA.

Atlas van 1,3 miljoen dubbelsterren in de buurt van de zon gepubliceerd  

Collage van dubbelsterren in de buurt van de zon. Credit: Gaia Survey.

Doctoraalstudent Kareem El-Badry (Universiteit van Californië in Berkeley) en z’n collega’s hebben op basis van gegevens van de Europese Gaia satelliet een driedimensionale kaart gemaakt waarop maar liefst 1,3 miljoen dubbelsterren te zien zijn, die zich binnen een afstand van 3000 lichtjaar van de aarde bevinden. Pakweg de helft van alle zonachtige sterren maakt deel uit van zo’n binair systeem. Een eerdere catalogus van dubbelsterren in de buurt van de zon, gemaakt op basis van de voorganger van Gaia, de (niet meer werkende) Hipparcos satelliet, telde slechts 200 dubbelsterren (weliswaar binnen een gebied tien keer zo klein), een schril contrast met de nieuwe catalogus/kaart.

Het lichte gebied links van het centrum van de Melkweg stelt de regio voor rondom de zon met een straal van 3000 lichtjaar. Credit: Kareem El-Badry/UC Berkeley and Jackie Faherity/ AMNH.

El-Badry’s kaart geeft een goed inzicht in de evolutie van sterren, want naast zonachtige sterren zijn er ook zo’n 17.000 dubbelsteren die een witte dwerg bevatten. En veel systemen bevatten ook exoplaneten, die als Tatooine-achige planeten om de twee sterren draaien. De atlas van El-Badry bevat om precies te zijn 1400 dubbelsterren waarbij allebei de sterren witte dwergen zijn, 16.000 bevatten een witte dwerg en een andere soort ster. Voor toekomstig onderzoek wil El-Badry zich et name richten op de dubbelsterren met ‘’een of twee witte dwergen. Die zijn namelijk makkelijker te traceren qua ouderdom dan zonachtige sterren – hoofdreekssterren zoals de zon kunnen er miljarden jaren hetzelfde uitzien en dezelfde eigenschappen hebben, terwijl bij witte dwergen de oppervlaktetemperatuur een goede graadmeter voor de leeftijd is.

Het welbekende HR diagram, links van de met Hipparcos gevonden dubbelsterren, rechts van Gaia. Credit: Kareem El-Badry.

Door dat vervolgonderzoek willen El-Badry en z’n collega’s meer te weten komen over de evolutie van dubbelsteren. Zo blijkt bijvoorbeeld dat de sterren van dubbelsterren ongeveer even zwaar zijn – identieke tweelingen zoals hij ze noemt. En dat is eigenlijk vreemd, want de sterren staan vaak ver van elkaar vandaag, honderden of duizenden astronomische eenheden (1 AE=afstand aarde-zon, 149 miljoen km), dus je zou eerder verschillende sterren verwachten met willekeurige massa. Kennelijk ‘weten’ de compagnons elkaars massa en beïnvloeden ze die wederzijds. Wellicht stonden ze eerder in hun ontstaansperiode dichter bij elkaar, maar zijn ze door gravitationele invloeden verder uit elkaar gedreven. Hier is het vakartikel over de atlas van nabije dubbelsterren, gereed voor publicatie in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Science Daily.

Hubble ontdekt een heel ‘nest’ van kleine zwarte gaten in de kern van een bolhoop

NGC 6397. Credit: NASA, ESA, and T. Brown and S. Casertano (STScI)

Sterrenkundigen hadden verwacht in het centrum van de bolvormige sterrenhoop NGC 6397 een ‘intermediair zwart gat’ aan te treffen, da’s een tussenmaat zwart gat, dat enkele duizenden tot honderdduizenden keer zo zwaar als de zon kan zijn. Maar wat troffen ze aan: een concentratie van kleine, stellaire zwarte gaten, zeg maar een soort van nest van zwarte gaten. Eduardo Vitral en Gary A. Mamon (Institut d’Astrophysique de Paris) onderzochten de kern van NGC 6397, welke zich op 7800 lichtjaar afstand van de aarde bevindt, dat is relatief dichtbij. Eigenlijk zochten ze naar een ‘intermediate massive black hole’ (IMBH) – een klasse zwarte gaten gelegen tussen de stellaire zwarte gaten van 8 tot enkele tientallen zonsmassa en superzware zwarte gaten van miljoenen tot miljarden zonsmassa – en daartoe maakten ze gebruik van de gegevens van de positie en snelheid van sterren in de bolhoop, verkregen met de Hubble en Gaia ruimtetelescopen.

Een impressie van het nest van zwarte gaten in het centrum van NGC 6397. Credit: ESA/Hubble, N. Bartmann

Op grond van die gegevens kon het tweetal zien dat er een onzichtbare massa in het centrum van de bolhoop is, alleen is die massa niet ‘puntachtig’, maar strekt ‘ie zich uit tot een omvang van enkele procenten van de cluster. Men denkt dat het gaat om een boel zwarte gaten dicht bij elkaar in het centrum van de bolhoop, die allemaal overblijfselen zijn van zware sterren. Het zijn volgens de waarnemingen geen witte dwergen of neutronensterren. De zwarte gaten kunnen verder van het centrum ontstaan zijn, maar door gravitationele interactie met minder zware sterren in de buurt ‘zonken’ ze geleidelijk naar het centrum toe.

Hier het vakartikel over de waarnemingen aan bolhoop NGC 6397, verschenen in Astronomy & Astrophysics. Bron: Hubble.

Omlooptijd van de golf in de Melkweg is 450 miljoen jaar

Credit: Xinlun Cheng

Het Melkwegstelsel is een balkspiraalstelsel, waarvan de platte schijf van honderden miljarden sterren aan de uiteinden gekromd is, zoals je ziet op de afbeelding hierboven. Recent onderzoek van een drietal sterrenkundigen, waarbij gebruik is gemaakt van gegevens van de Europese satelliet Gaia en van de APOGEE spectrograaf laat nu zien dat die kromming als een golfbeweging door de Melkweg trekt, als een wave door het voetbalstadion. Bij de sportieve wave in een stadion gaan de supporters afwisselend op en neer, bij de golf in het Melkwegstelsel bewegen de afzonderlijke sterren op en neer, maar gaat ook de gehele schijf op en neer, alsof bij de sportieve wave ook het stadion meedeint.

Rimpels in de Melkweg door de passage van het Sagittarius dwergstelsel. Credit: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

Xinlun Cheng (Universiteit van Virginia) en z’n collega’s denken dat de golf eens per 450 miljoen jaar één omwenteling om het centrum van de Melkweg maakt – ter vergelijking: de zon doet er tussen de 225 en 250 miljoen jaar over om één omwenteling te makan, het zogeheten galactische jaar. Met de gegevens van Gaia en APOGEE konden de sterrenkundigen de afstand, snelheid, bewegingsrichting en scheikundige samenstelling van sterren in de Melkweg nauwkeurig volgen en op basis daarvan konden ze de golfbeweging van de Melkweg in kaart brengen. De vraag was vervolgens of de golf een gevolg is van de interne dynamiek van de Melkweg of omdat het komt doordat de Melkweg een botsing heeft ondergaan. Dat laatste blijkt het geval te zijn: de golfbeweging is het gevolg van een passage van het dwergstelsel Sagittarius zo’n drie miljard jaar geleden, hetgeen eerder al werd vermoed. Het is dus een soort van natrilling of ‘oscillatie’ als gevolg van die passage. Hier het vakartikel van Cheng et al over de omlooptijd van de golf, te verschijnen in the Astrophysical Journal. Bron: Phys.org.

Astrofysici ontdekken bijzondere sterrenstroom ‘Theia 456’, al zijn sterren zijn tegelijk geboren

In onze Melkweg bewegen zich zo een 8000 recent ontdekte sterrenstromen (Eng. ‘stellar streams’) die allen ‘Theia’ genaamd zijn. Een sterren- of stellaire stroom is een verzameling van sterren die een zeldzaam lineair patroon volgen. Ze bewegen in een baan om een sterrenstelsel dat ooit een bolvormig cluster of dwergstelsel was, en dat nu uit elkaar is gescheurd en zich langs zijn baan uitgestrekt heeft door getijdenkrachten. Van de 8000 bekende sterrenstromen is Theia 456 een bijzondere, een team van astrofysici heeft recent meerdere datasets afkomstig van de Gaia ruimtetelescoop gecombineerd en ontdekt dat alle 468 sterren van Theia 456 tegelijk geboren zijn en tevens in dezelfde richting door de hemel bewegen. Astrofysicus Jeff Andrews van de Northwestern University te Washington stelt; “De meeste sterclusters worden samen geformeerd. Wat echter zo bijzonder is aan Theia 456 is dat het zo lang, 570 lichtjaar, en zo uitgestrekt is. Er zijn maar weinig sterrenstromen zo dichtbij, zo jong en zo wijdverspreid.” Lees verder