Astronomen hebben een kleine populatie sterren in de halo van het Melkwegstelsel onderzocht, het vinden van de chemische samenstelling die nauw overeenkomt met die van de Galactische schijf. Deze overeenkomst levert overtuigend bewijs dat deze sterren afkomstig zijn van binnenuit de schijf, in plaats van van samengevoegde dwergstelsels. Men denkt dat de reden voor deze stellaire migratie theoretisch voorgestelde oscillaties van de Melkwegschijf als geheel zijn, veroorzaakt door de getijdeninteractie van de Melkweg met een passerend massief satellietstelsel.

Als iemand uit de ruimte contact met je wil opnemen via "space mail", je kosmische adres zou nog een aantal regels bevatten, waaronder "Aarde", "Zonnestelsel", "Orion Spiral Arm" en "Melkwegstelsel". Deze positie in ons eigen melkwegstelsel geeft ons een plaats op de eerste rij om te onderzoeken wat er in zo'n melkwegstelsel gebeurt.

Echter, ons interne perspectief biedt enkele uitdagingen in onze zoektocht om het te begrijpen - bijvoorbeeld om zijn vorm en omvang te schetsen. En nog een ander probleem is de tijd:hoe kunnen we galactische evolutie interpreteren als onze eigen levensduur (en die van onze telescopen) veel korter is dan het knipperen van het kosmische oog?

Vandaag, we hebben een vrij duidelijk beeld van de brede eigenschappen van de Melkweg en hoe deze past tussen andere sterrenstelsels in het heelal. Astronomen classificeren het als een vrij gemiddeld, groot spiraalstelsel met de meeste sterren die om het centrum cirkelen binnen een schijf, en een stofwolk van sterren buiten die baan in de Galactische halo.

Deze halosterren lijken niet willekeurig in de halo te zijn verdeeld - in plaats daarvan zijn veel gegroepeerd in gigantische structuren - immense stromen en wolken (of overdensiteiten) van sterren, sommige volledig rond de Melkweg. Deze structuren zijn geïnterpreteerd als handtekeningen van het tumultueuze verleden van de Melkweg - puin van de zwaartekrachtverstoring van de vele kleinere sterrenstelsels waarvan wordt gedacht dat ze in het verleden onze Melkweg zijn binnengevallen.

Onderzoekers hebben geprobeerd meer te weten te komen over deze gewelddadige geschiedenis van de Melkweg door te kijken naar eigenschappen van de sterren in het achtergelaten puin - hun posities en bewegingen kunnen ons aanwijzingen geven van het oorspronkelijke pad van de indringer, terwijl de soorten sterren die ze bevatten en de chemische samenstelling van die sterren ons iets kunnen vertellen over hoe het lang geleden overleden sterrenstelsel eruit zou kunnen zien.

Een internationaal team van astronomen onder leiding van Dr. Maria Bergemann van het Max Planck Instituut voor Astronomie in Heidelberg heeft nu overtuigend bewijs gevonden dat sommige van deze halo-structuren misschien geen overblijfselen zijn van binnenvallende sterrenstelsels, maar eerder afkomstig zijn van de schijf van de Melkweg zelf!

De wetenschappers onderzochten 14 sterren in twee verschillende structuren in de Galactische halo, de Triangulum-Andromeda (Tri-And) en de A13 stellaire overdensiteiten, die aan weerszijden van het Galactische schijfvlak liggen. Eerdere bewegingsstudies van deze twee diffuse structuren onthulden dat ze kinematisch geassocieerd zijn en gerelateerd kunnen zijn aan de Monoceros-ring, een ringachtige structuur die rond de Melkweg draait. Echter, de aard en oorsprong van deze twee stellaire structuren was nog steeds niet definitief opgehelderd. De positie van de twee stellaire overdensiteiten kon worden bepaald als elk ongeveer 5 kiloparsec (14000 lichtjaar) boven en onder het Galactische vlak, zoals aangegeven in figuur 1 (zie afbeelding).

Bergmann en haar team, Voor de eerste keer, presenteerde nu gedetailleerde chemische overvloedspatronen van deze sterren, verkregen met spectra met hoge resolutie genomen met de Keck en VLT (Very Large Telescope, ESO) telescopen. "De analyse van chemische abundanties is een zeer krachtige test, wat toelaat, op een manier die vergelijkbaar is met de DNA-matching, om de ouderpopulatie van de ster te identificeren. Verschillende ouderpopulaties, zoals de Melkwegschijf of halo, dwerg-satellietstelsels of bolvormige sterrenhopen, waarvan bekend is dat ze radicaal verschillende chemische samenstellingen hebben. Dus als we eenmaal weten waar de sterren van gemaakt zijn, we kunnen ze onmiddellijk koppelen aan hun ouderpopulaties.", legt Bergmann uit.

Wanneer we de chemische samenstelling van deze sterren vergelijken met die in andere kosmische structuren, de wetenschappers waren verrast om te ontdekken dat de chemische samenstellingen bijna identiek zijn, zowel binnen als tussen deze groepen, en komen nauw overeen met de overvloedpatronen van de sterren van de Melkwegschijf. Dit levert overtuigend bewijs dat deze sterren hoogstwaarschijnlijk afkomstig zijn van de galactische dunne schijf (het jongere deel van de Melkweg, geconcentreerd op het Galactische vlak) zelf, eerder puin van invasieve sterrenstelsels!

Maar hoe kwamen de sterren op deze extreme posities boven en onder de Galactische schijf? Theoretische berekeningen van de evolutie van het Melkwegstelsel voorspellen dat dit zal gebeuren, waarbij sterren worden verplaatst naar grote verticale afstanden van hun geboorteplaats in het schijfvlak. Deze "migratie" van sterren wordt theoretisch verklaard door de oscillaties van de schijf als geheel. De favoriete verklaring voor deze oscillaties is de getijdeninteractie van de donkere materie-halo van de Melkweg en zijn schijf met een passerend massief satellietstelsel.

De resultaten gepubliceerd in het tijdschrift Natuur door Bergemann en haar collega's leveren nu het duidelijkste bewijs voor deze oscillaties van de schijf van de Melkweg die tot nu toe zijn verkregen!

Deze bevindingen zijn erg opwindend, omdat ze aangeven dat de schijf van het Melkwegstelsel en zijn dynamiek aanzienlijk complexer zijn dan eerder werd gedacht. "We hebben aangetoond dat het vrij gebruikelijk kan zijn dat groepen sterren in de schijf worden verplaatst naar verder weg gelegen gebieden binnen de Melkweg - nadat ze zijn 'uitgetrapt' door een binnenvallend satellietstelsel. Soortgelijke chemische patronen kunnen ook worden gevonden in andere sterrenstelsels - wat wijst op een potentiële galactische universaliteit van dit dynamische proces." zei Allyson Shefield, doctoraat, universitair hoofddocent natuurkunde aan het LaGuardia Community College/CUNY, een co-auteur van het onderzoek.

Als volgende stap, de astronomen zijn van plan de spectra van andere sterren te analyseren, zowel in de twee overdensiteiten, evenals sterren in andere stellaire structuren verder weg van de schijf. Ze zijn ook erg gebrand op het verkrijgen van massa's en leeftijden van deze sterren om de tijdslimieten te beperken wanneer deze interactie van de Melkweg en een dwergstelsel plaatsvond.

"We verwachten dat lopende en toekomstige onderzoeken zoals 4MOST en Gaia unieke informatie zullen opleveren over de chemische samenstelling en kinematica van sterren in deze overdensiteiten. De twee structuren die we al hebben geanalyseerd, zijn:in onze interpretatie, geassocieerd met grootschalige oscillaties van de schijf, veroorzaakt door een interactie van de Melkweg en een dwergstelsel. Gaia heeft misschien het potentieel om de verbinding tussen de twee structuren te zien, met het volledige patroon van golvingen in de Galactische schijf", zegt Bergmann, die ook deel uitmaakt van het Collaborative Research Centre SFB 881 "The Milky Way System", gevestigd aan de Universiteit van Heidelberg.