ESA's Gaia-satelliet heeft verder gekeken dan ons Melkwegstelsel en heeft twee nabije sterrenstelsels verkend om de stellaire bewegingen in hen te onthullen en hoe ze op een dag zullen interageren en botsen met de Melkweg - met verrassende resultaten.

Onze Melkweg behoort tot een grote verzameling sterrenstelsels die bekend staat als de Lokale Groep en, samen met de sterrenstelsels Andromeda en Triangulum – ook wel M31 en M33 genoemd, respectievelijk - vormt de meerderheid van de massa van de groep.

Astronomen vermoeden al lang dat Andromeda op een dag in botsing zal komen met de Melkweg, onze kosmische buurt volledig opnieuw vormgeven. Echter, de driedimensionale bewegingen van de melkwegstelsels van de Lokale Groep bleven onduidelijk, een onzeker beeld schetsen van de toekomst van de Melkweg.

"We moesten de bewegingen van de sterrenstelsels in 3D onderzoeken om te ontdekken hoe ze zijn gegroeid en geëvolueerd, en wat hun kenmerken en gedrag creëert en beïnvloedt, " zegt hoofdauteur Roeland van der Marel van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, VS.

"We waren in staat om dit te doen met behulp van het tweede pakket hoogwaardige gegevens dat door Gaia is vrijgegeven."

Gaia bouwt momenteel de meest nauwkeurige 3D-kaart van de sterren in het nabije heelal, en geeft zijn gegevens in fasen vrij. De gegevens van de tweede release, gemaakt in april 2018, werd gebruikt in dit onderzoek.

Eerdere studies van de Local Group hebben observaties van telescopen, waaronder de NASA/ESA Hubble Space Telescope en de op de grond gebaseerde Very Long Baseline Array, gecombineerd om erachter te komen hoe de banen van Andromeda en Triangulum in de loop van de tijd zijn veranderd. De twee schijfvormige spiraalstelsels bevinden zich tussen 2,5 en 3 miljoen lichtjaar van ons, en zijn dicht genoeg bij elkaar dat ze kunnen interageren.

Er kwamen twee mogelijkheden naar voren:ofwel bevindt Triangulum zich in een ongelooflijk lange baan van zes miljard jaar rond Andromeda, maar is er in het verleden al in gevallen, of het is momenteel aan zijn allereerste inval. Elk scenario weerspiegelt een ander baanpad, en dus een andere vormingsgeschiedenis en toekomst voor elk sterrenstelsel.

Terwijl Hubble het scherpste beeld ooit heeft gekregen van zowel Andromeda als Triangulum, Gaia meet de individuele positie en beweging van veel van hun sterren met ongekende nauwkeurigheid.

"We hebben de Gaia-gegevens doorzocht om duizenden individuele sterren in beide sterrenstelsels te identificeren, en bestudeerden hoe deze sterren zich binnen hun galactische huizen bewogen, " voegt co-auteur Mark Fardal toe, ook van Space Telescope Science Institute.

"Terwijl Gaia in de eerste plaats de Melkweg wil bestuderen, het is krachtig genoeg om bijzonder massieve en heldere sterren te zien in nabije stervormingsgebieden - zelfs in sterrenstelsels buiten de onze."

De stellaire bewegingen gemeten door Gaia onthullen niet alleen hoe elk van de sterrenstelsels door de ruimte beweegt, maar ook hoe elk om zijn eigen spin-as draait.

Een eeuw geleden, toen astronomen voor het eerst probeerden de aard van sterrenstelsels te begrijpen, deze spinmetingen waren zeer gewild, maar kon niet succesvol worden voltooid met de op dat moment beschikbare telescopen.

"Er was een observatorium nodig dat zo geavanceerd was als Gaia om dit eindelijk te doen, ’ zegt Roeland.

"Voor de eerste keer, we hebben gemeten hoe M31 en M33 aan de hemel draaien. Astronomen zagen sterrenstelsels als geclusterde werelden die onmogelijk afzonderlijke 'eilanden' konden zijn, maar we weten nu anders.

"Het heeft 100 jaar geduurd en Gaia heeft eindelijk de ware, klein, rotatiesnelheid van onze dichtstbijzijnde grote galactische buur, M31. Dit zal ons helpen meer te begrijpen over de aard van sterrenstelsels."

Door bestaande waarnemingen te combineren met de nieuwe gegevensrelease van Gaia, de onderzoekers bepaalden hoe Andromeda en Triangulum elk door de lucht bewegen, en berekende het baanpad voor elk sterrenstelsel zowel achteruit als vooruit in de tijd gedurende miljarden jaren.

"De snelheden die we hebben gevonden laten zien dat M33 zich niet in een lange baan rond M31 kan bevinden, " zegt co-auteur Ekta Patel van de Universiteit van Arizona, VS. "Onze modellen impliceren unaniem dat M33 bij zijn eerste inval in M31 moet zijn."

Terwijl de Melkweg en Andromeda nog steeds voorbestemd zijn om te botsen en samen te smelten, zowel de timing als de destructiviteit van de interactie zijn waarschijnlijk ook anders dan verwacht.

Aangezien de beweging van Andromeda enigszins afwijkt van eerdere schattingen, het sterrenstelsel zal de Melkweg waarschijnlijk meer een klap uitdelen dan een frontale botsing. Dit zal niet over 3,9 miljard jaar plaatsvinden, maar in 4,5 miljard - zo'n 600 miljoen jaar later dan verwacht.

"Deze bevinding is cruciaal voor ons begrip van hoe sterrenstelsels evolueren en interageren, " zegt Timo Prusti, ESA Gaia-projectwetenschapper.

"We zien ongebruikelijke kenmerken in zowel M31 als M33, zoals kromgetrokken stromen en staarten van gas en sterren. Als de sterrenstelsels nog niet eerder zijn samengekomen, deze kunnen niet zijn ontstaan ​​door de krachten die tijdens een fusie worden gevoeld. Misschien zijn ze gevormd door interacties met andere sterrenstelsels, of door gasdynamica in de sterrenstelsels zelf.

"Gaia is in de eerste plaats ontworpen voor het in kaart brengen van sterren in de Melkweg, maar deze nieuwe studie toont aan dat de satelliet de verwachtingen overtreft, en kan unieke inzichten verschaffen in de structuur en dynamiek van sterrenstelsels buiten ons eigen rijk. Hoe langer Gaia naar de kleine bewegingen van deze sterrenstelsels aan de hemel kijkt, hoe nauwkeuriger onze metingen zullen worden."