Een team van Leidse astronomen gebruikte de nieuwste gegevens van ESA's Gaia-missie om te zoeken naar hogesnelheidssterren die uit de Melkweg worden geschopt. maar waren verrast om sterren te vinden die in plaats daarvan naar binnen sprintten - misschien uit een ander sterrenstelsel.

In april, ESA's stellaire landmeter Gaia heeft een ongekende catalogus van meer dan een miljard sterren vrijgegeven. Astronomen over de hele wereld hebben de afgelopen maanden onophoudelijk gewerkt om deze buitengewone dataset te verkennen, het onderzoeken van de eigenschappen en bewegingen van sterren in ons melkwegstelsel en daarbuiten met nooit eerder bereikte precisie, aanleiding geven tot een veelheid aan nieuwe en intrigerende studies.

De Melkweg bevat meer dan honderd miljard sterren. De meeste bevinden zich op een schijf met een dichte, uitpuilend centrum, met in het midden een superzwaar zwart gat. De rest is verspreid in een veel grotere bolvormige halo. Sterren cirkelen rond de Melkweg met honderden kilometers per seconde, en hun bewegingen bevatten een schat aan informatie over het verleden van de melkweg. De snelste klasse van sterren in onze melkweg worden hypervelocity-sterren genoemd, waarvan wordt gedacht dat ze hun leven beginnen in de buurt van het galactische centrum om later via interacties met het zwarte gat naar de rand van de Melkweg te worden geslingerd.

Slechts een klein aantal hypervelocity-sterren is ooit ontdekt, en Gaia's onlangs gepubliceerde tweede gegevensrelease biedt een unieke kans om naar meer van hen te zoeken. Verschillende groepen astronomen sprongen direct na de release in de gloednieuwe dataset op zoek naar hypervelocity-sterren. Onder hen, drie wetenschappers van de Universiteit Leiden stonden voor een grote verrassing.

Voor 1,3 miljard sterren, Gaia gemeten posities, parallaxen - een indicator van hun afstand - en 2D-bewegingen op het vlak van de lucht. Voor zeven miljoen van de slimste, het meet ook hoe snel ze naar ons toe of van ons af bewegen. "Van de zeven miljoen Gaia-sterren met volledige 3D-snelheidsmetingen, we vonden er twintig die snel genoeg zouden kunnen reizen om uiteindelijk uit de Melkweg te ontsnappen, " legt Elena Maria Rossi uit, een van de auteurs van de nieuwe studie.

Elena en collega's, die vorig jaar al een handvol hypervelocity-sterren had ontdekt in een verkennend onderzoek op basis van gegevens van Gaia's eerste release, waren aangenaam verrast, terwijl ze hoopten tussen deze zeven miljoen hoogstens één ster te vinden die losbrak uit de melkweg. En er is meer. "In plaats van weg te vliegen van het galactische centrum, de meeste van de hogesnelheidssterren die we zagen, lijken ernaartoe te rennen, ", voegt co-auteur Tommaso Marchetti toe. "Dit kunnen sterren uit een ander sterrenstelsel zijn, zoemend dwars door de Melkweg."

Het is mogelijk dat deze intergalactische indringers afkomstig zijn van de Grote Magelhaense Wolk, een relatief klein sterrenstelsel in een baan om de Melkweg, of ze kunnen afkomstig zijn uit een nog verder weg gelegen sterrenstelsel. Als dat het geval is, ze dragen de afdruk van hun plaats van herkomst, en het bestuderen ervan op veel kleinere afstanden dan hun moedermelkweg zou ongekende informatie kunnen opleveren over de aard van sterren in een ander melkwegstelsel - vergelijkbaar met het bestuderen van Marsmateriaal dat door meteorieten naar onze planeet is gebracht.

"Sterren kunnen worden versneld tot hoge snelheden wanneer ze interageren met een superzwaar zwart gat, Elena legt uit. "Dus de aanwezigheid van deze sterren zou een teken kunnen zijn van zulke zwarte gaten in nabije sterrenstelsels. Maar de sterren kunnen ook ooit deel hebben uitgemaakt van een binair systeem, naar de Melkweg geslingerd toen hun begeleidende ster als een supernova explodeerde. Hoe dan ook, het bestuderen ervan zou ons meer kunnen vertellen over dit soort processen in nabije sterrenstelsels."

Een alternatieve verklaring is dat de nieuw geïdentificeerde sprintsterren inheems kunnen zijn in de halo van onze melkweg, versneld en naar binnen geduwd door interacties met een van de dwergsterrenstelsels die tijdens zijn opbouwgeschiedenis naar de Melkweg vielen. Aanvullende informatie over de leeftijd en samenstelling van de sterren zou de astronomen kunnen helpen hun oorsprong te verduidelijken. "Een ster uit de halo van de Melkweg is waarschijnlijk vrij oud en meestal gemaakt van waterstof, terwijl sterren van andere sterrenstelsels veel zwaardere elementen kunnen bevatten, ", zegt Tommaso. "Als we naar de kleuren van sterren kijken, weten we meer over waar ze van gemaakt zijn."

Nieuwe gegevens zullen helpen de aard en oorsprong van deze sterren met meer zekerheid vast te stellen, en het team zal telescopen op de grond gebruiken om meer over hen te weten te komen. Ondertussen, Gaia gaat door met het observeren van de volle lucht, inclusief de sterren die in dit onderzoek zijn geanalyseerd. Tijdens het onderzoeken van de aard van deze mogelijke stellaire indringers, het team is ook bezig met het graven in de volledige dataset van Gaia's tweede release, op zoek naar meer high-speed sterren en kijken uit naar de toekomst. Er zijn nog minstens twee Gaia-gegevensreleases gepland in de jaren 2020, en elk zal zowel nauwkeurigere als nieuwe informatie verschaffen over een grotere reeks sterren.

"Uiteindelijk verwachten we volledige 3D-snelheidsmetingen voor maximaal 150 miljoen sterren, " legt co-auteur Anthony Brown uit, voorzitter van het Gaia Data Processing and Analysis Consortium Executive. "Dit zal helpen bij het vinden van honderden of duizenden hypervelocity-sterren, hun oorsprong in veel meer detail begrijpen, en gebruik ze om de omgeving van het Galactische centrum en de geschiedenis van onze Melkweg te onderzoeken, " voegt hij eraan toe. "Dit opwindende resultaat laat zien dat Gaia een echte ontdekkingsmachine is, de basis vormen voor totaal onverwachte ontdekkingen over onze melkweg, " concludeert Timo Prusti, Gaia-projectwetenschapper bij ESA.