Een protosterrenstelsel in de Melkweg is mogelijk de oorspronkelijke kern van ons melkwegstelsel

De Melkweg heeft zijn “arme oude hart” achtergelaten in en rond het sterrenbeeld Boogschutter, melden astronomen. Nieuwe gegevens van het Gaia-ruimtevaartuig onthullen de volledige omvang van wat de oorspronkelijke kern van de melkweg lijkt te zijn – de oude stellaire populatie waar de rest van de Melkweg omheen groeide – die meer dan 12,5 miljard jaar geleden samenkwam.

“Mensen hebben lang gespeculeerd dat zo’n enorme populatie [of old stars] zou in het centrum van onze Melkweg moeten bestaan, en Gaia laat nu zien dat ze daar zijn”, zegt astronoom Hans-Walter Rix van het Max Planck Instituut voor Astronomie in Heidelberg, Duitsland.

Het oude hart van de Melkweg is een rond protosterrenstelsel dat bijna 18.000 lichtjaar groot is en ongeveer 100 miljoen keer de massa van de zon in sterrenof ongeveer 0,2 procent van de huidige stellaire massa van de Melkweg, rapporteren Rix en collega’s in een onderzoek dat op 7 september op arXiv.org is geplaatst.

“Deze studie helpt ons echt om ons begrip van deze zeer, zeer, zeer jonge fase in het leven van de Melkweg te verstevigen”, zegt Vasily Belokurov, een astronoom aan de Universiteit van Cambridge die niet bij het werk betrokken was. “Er is niet echt veel bekend over deze periode van het leven van de Melkweg”, zegt hij. “We hebben eerder een glimp van deze populatie gezien”, maar de nieuwe studie geeft “een overzicht in vogelvlucht van de hele structuur.”

De meeste sterren in het centrale gebied van de Melkweg zijn rijk aan metalen, omdat de sterren hun oorsprong vonden in een drukke metropool die eerdere stellaire generaties hadden verrijkt met die metalen door supernova-explosies. Maar Rix en zijn collega’s wilden de uitzonderingen op de regel vinden, sterren die zo metaalarm zijn dat ze moeten zijn geboren lang voordat de rest van de stellaire bewoners van de melkweg langskwam – wat Rix ‘een speld-in-een-hooiberg-oefening’ noemt. ”

Zijn team wendde zich tot gegevens van het Gaia-ruimtevaartuig, dat in 2013 werd gelanceerd op een missie om de Melkweg in kaart te brengen (SN: 13-6-22). De astronomen zochten naar ongeveer 2 miljoen sterren in een breed gebied rond het centrum van de melkweg, dat in het sterrenbeeld Boogschutter ligt, op zoek naar sterren met een metaal-waterstofverhouding van niet meer dan 3 procent van die van de zon.

De astronomen onderzochten vervolgens hoe die sterren door de ruimte bewegen, waarbij ze alleen de sterren vasthielden die niet wegschieten in de enorme halo van metaalarme sterren die de schijf van de Melkweg overspoelen. Het eindresultaat: een monster van 18.000 oude sterren die de kern vertegenwoordigen waaromheen het hele melkwegstelsel bloeide, zeggen de onderzoekers. Door rekening te houden met sterren die door stof worden verduisterd, schat Rix dat het protomelkwegstelsel tussen de 50 miljoen en 200 miljoen keer zo zwaar is als de zon.

“Dat is de oorspronkelijke kern”, zegt Rix, en het herbergt de oudste sterren van de Melkweg, die volgens hem waarschijnlijk een leeftijd hebben van meer dan 12,5 miljard jaar. Het protosterrenstelsel werd gevormd toen verschillende grote groepen sterren en gas lang geleden samenklonterden, voordat de eerste schijf van de Melkweg – de zogenaamde dikke schijf – ontstond (SN: 23-3-22).

Het protomelkwegstelsel is compact, wat betekent dat het sinds zijn ontstaan ​​weinig is verstoord. Kleinere sterrenstelsels zijn in de Melkweg gecrasht, waardoor de massa is toegenomen, maar “we hadden geen latere fusies die diep in de kern doordrongen en deze opschudden, want dan zou de kern nu groter zijn”, zegt Rix.

De nieuwe gegevens over het protomelkwegstelsel leggen zelfs de aanvankelijke spin-up van de Melkweg vast – de overgang van een object dat niet roteerde naar een object dat dat nu doet. De oudste sterren in de proto-Melkweg draaien nauwelijks rond het centrum van de melkweg, maar duiken er in en uit, terwijl iets jongere sterren steeds meer beweging rond het centrum van de melkweg laten zien. “Dit is de Melkweg die probeert een schijfstelsel te worden”, zegt Belokurov, die zag dezelfde spin-up in onderzoek dat hij en een collega in juli meldden.

Tegenwoordig is de Melkweg een gigantisch sterrenstelsel dat snel ronddraait – elk uur snelt ons zonnestelsel door 900.000 kilometer door de ruimte terwijl we rond het centrum van de melkweg racen. Maar de nieuwe studie toont aan dat de Melkweg begon als een bescheiden protosterrenstelsel waarvan de sterren nog steeds schijnen, sterren die astronomen nu nauwkeurig kunnen onderzoeken op verdere aanwijzingen voor de geboorte en vroege evolutie van het sterrenstelsel.