Volgens de meest algemeen aanvaarde kosmologische modellen, de eerste sterrenstelsels begonnen zich tussen 13 en 14 miljard jaar geleden te vormen. In de loop van de volgende miljard jaar zal de nu waargenomen kosmische structuren kwamen voor het eerst naar voren. Deze omvatten zaken als clusters van sterrenstelsels, superclusters en filamenten, maar ook galactische kenmerken zoals bolvormige sterrenhopen, galactische uitstulpingen, en superzware zwarte gaten (SMBH's).

Echter, als levende organismen, sterrenstelsels zijn sindsdien blijven evolueren. In feite, in de loop van hun leven, sterrenstelsels verzamelen en stoten de hele tijd massa uit. In een recente studie, een internationaal team van astronomen berekende de snelheid van in- en uitstroom van materiaal voor de Melkweg. Toen gaven de goede mensen van Astrobites het een goede analyse en lieten zien hoe relevant het is voor ons begrip van galactische vorming en evolutie.

De studie werd geleid door ESA-astronoom Dr. Andrew J. Fox en omvatte leden van de Milky Way Halo Research Group van het Space Telescope Science Institute (STScI), de ESA's Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), en meerdere universiteiten. Op basis van eerdere onderzoeken, ze onderzochten de snelheid waarmee gas in en uit de Melkweg stroomt vanuit omringende hogesnelheidswolken (HVC).

Aangezien de beschikbaarheid van materiaal de sleutel is tot stervorming in een melkwegstelsel, weten met welke snelheid het wordt toegevoegd en verloren, is belangrijk om te begrijpen hoe sterrenstelsels zich in de loop van de tijd ontwikkelen. En zoals Michael Foley van Astrobites samenvatte, het karakteriseren van de snelheden waarmee materiaal aan sterrenstelsels wordt toegevoegd, is cruciaal om de details van dit "galactische fontein" -model te begrijpen.

Volgens dit model is de zwaarste sterren in een melkwegstelsel produceren stellaire winden die materiaal uit de melkwegschijf drijven. Als ze aan het einde van hun levensduur supernova worden, ze verdrijven op dezelfde manier het grootste deel van hun materiaal. Dit materiaal valt dan na verloop van tijd terug in de schijf, materiaal leveren voor de vorming van nieuwe sterren.

"Deze processen staan ​​gezamenlijk bekend als stellaire feedback, en ze zijn verantwoordelijk voor het terugduwen van gas uit de Melkweg, "zei Foley. "Met andere woorden, de Melkweg is geen geïsoleerd meer van materiaal; het is een reservoir dat constant gas wint en verliest door zwaartekracht en stellaire feedback."

In aanvulling, recente studies hebben aangetoond dat stervorming nauw verband kan houden met de grootte van het superzware zwarte gat (SMBH) in de kern van een melkwegstelsel. In principe, SMBH's stoten een enorme hoeveelheid energie uit die gas en stof rond de kern kan verwarmen, waardoor het niet effectief samenklontert en de zwaartekracht instort om nieuwe sterren te vormen.

Als zodanig, de snelheid waarmee materiaal in en uit een melkwegstelsel stroomt, is de sleutel tot het bepalen van de snelheid van stervorming. Om de snelheid te berekenen waarmee dit gebeurt voor de Melkweg, Dr. Fox en zijn collega's hebben gegevens uit meerdere bronnen geraadpleegd. Dr. Fox vertelde Universe Today via e-mail:

"We hebben het archief gedolven. NASA en ESA onderhouden goed samengestelde archieven van alle Hubble Space Telescope-gegevens, en we hebben alle waarnemingen van achtergrondquasars doorgenomen met de Cosmic Origins Spectrograph (COS), een gevoelige spectrograaf op Hubble die kan worden gebruikt om het ultraviolette licht van verre bronnen te analyseren. We hebben 270 van dergelijke quasars gevonden. Eerst, we gebruikten deze waarnemingen om een ​​catalogus te maken van snel bewegende gaswolken die bekend staan ​​als hogesnelheidswolken (HVC's). Vervolgens bedachten we een methode om de HVC's op te splitsen in instromende en uitstromende populaties door gebruik te maken van de Doppler-shift."

In aanvulling, een recente studie toonde aan dat de Melkweg ongeveer 7 miljard jaar geleden een rustperiode doormaakte, die ongeveer 2 miljard jaar duurde. Dit was het resultaat van schokgolven die ervoor zorgden dat interstellaire gaswolken verwarmd werden, waardoor de stroom van koud gas in onze melkweg tijdelijk stopte. Overuren, het gas koelde af en begon weer naar binnen te stromen, een tweede ronde van stervorming teweegbrengen.

Na alle gegevens te hebben bekeken, Fox en zijn collega's waren in staat om beperkingen op te leggen aan de snelheid van instroom en uitstroom voor de Melkweg:

"Na het vergelijken van de snelheden van instromend en uitstromend gas, we vonden een teveel aan instroom, wat goed nieuws is voor toekomstige stervorming in onze melkweg, omdat er veel gas is dat kan worden omgezet in sterren en planeten. We maten ongeveer 0,5 zonsmassa per jaar van instroom en 0,16 zonsmassa per jaar van uitstroom, dus er is een netto instroom."

Echter, zoals Foley aangaf, Van HVC's wordt aangenomen dat ze slechts ongeveer 100 miljoen jaar leven. Als resultaat, deze netto-instroom kan niet voor onbepaalde tijd worden verwacht. "Eindelijk, ze negeren HVC's waarvan bekend is dat ze zich in structuren bevinden (zoals de Fermi Bubbles) die het instromende of uitstromende gas niet traceren, " hij voegt toe.

Sinds 2010, astronomen zijn zich bewust van de mysterieuze structuren die tevoorschijn komen uit het centrum van onze melkweg, bekend als Fermi Bubbles. Deze belachtige structuren strekken zich uit over duizenden lichtjaren en men denkt dat ze het resultaat zijn van het interstellaire gas van SMBH en het uitstoten van gammastraling.

Echter, ondertussen, de resultaten bieden nieuw inzicht in hoe sterrenstelsels zich vormen en evolueren. De studie ondersteunt ook het nieuwe argument voor "cold flow accretie, " een theorie die oorspronkelijk werd voorgesteld door prof. Avishai Dekel en collega's van het Racah Institute of Physics van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem om uit te leggen hoe sterrenstelsels tijdens hun vorming gas uit de omringende ruimte aantrekken.

"Deze resultaten laten zien dat sterrenstelsels zoals de Melkweg niet in een stabiele toestand evolueren, " Dr. Fox vatte het samen. "In plaats daarvan groeien ze aan en verliezen ze af en toe gas. Het is een hausse en bust-cyclus:als er gas binnenkomt, meer sterren kunnen worden gevormd, maar als er te veel gas binnenkomt, het kan een starburst veroorzaken die zo intens is dat het al het resterende gas wegblaast, het afsluiten van de stervorming. Dus, de balans tussen in- en uitstroom regelt hoeveel stervorming er plaatsvindt. Onze nieuwe resultaten helpen dit proces te verlichten."

Een andere interessante conclusie uit dit onderzoek is het feit dat wat voor onze Melkweg geldt, ook geldt voor sterrenstelsels. Bijvoorbeeld, ons zonnestelsel is in de loop van de tijd ook onderhevig aan de in- en uitstroom van materiaal. Objecten als "Oumuamua en de meer recente 2I/Borisov bevestigen dat asteroïden en kometen regelmatig uit sterrenstelsels worden geschopt en door anderen worden opgeschept.

Maar hoe zit het met gas en stof? Is ons zonnestelsel en (bij uitbreiding) planeet Aarde in de loop van de tijd aan het afvallen of aankomen? En wat zou dit kunnen betekenen voor de toekomst van ons systeem en onze thuisplaneet? Bijvoorbeeld, astrofysicus en auteur Brian Koberlein behandelde dit laatste probleem in 2015 op zijn website. Met de toen recente Gemini meteorenregen als voorbeeld, Hij schreef:

"In feite, van satellietwaarnemingen van meteoorsporen, er wordt geschat dat ongeveer 100-300 metrische ton (ton) materiaal elke dag de aarde treft. Dat komt neer op ongeveer 30, 000 tot 100, 000 ton per jaar. Dat lijkt misschien veel, maar over een miljoen jaar, dat zou slechts minder dan een miljardste van een procent van de totale massa van de aarde bedragen."

Echter, terwijl hij verder uitlegt, De aarde verliest ook regelmatig massa door een aantal processen. Deze omvatten radioactief verval van materiaal in de aardkorst, wat leidt tot energie en subatomaire deeltjes (alfa, bèta- en gammastraling) onze planeet verlaten. Een tweede is atmosferisch verlies, waarin gassen zoals waterstof en helium verloren gaan in de ruimte. Samen, deze komen neer op een verlies van ongeveer 110, 000 ton per jaar.

Op het oppervlak, dit lijkt op een nettoverlies van ongeveer 10, 000 of meer ton per jaar. Bovendien, microbioloog/wetenschapscommunicator Dr. Chris Smith en Cambridge-fysicus Dave Ansell schatten in 2012 dat de aarde 40, 000 ton stof per jaar uit de ruimte, terwijl het 90 verliest, 000 per jaar door atmosferische en andere processen.

Het is dus mogelijk dat de aarde lichter wordt met een snelheid van 10, 000 tot 50, 000 ton per jaar. Echter, de snelheid waarmee materiaal wordt toegevoegd is op dit moment niet goed beperkt, dus het is mogelijk dat we break-even zijn (hoewel de mogelijkheid dat de aarde aan massa wint onwaarschijnlijk lijkt). Wat ons zonnestelsel betreft, de situatie is vergelijkbaar. Aan de ene kant, interstellair gas en stof stroomt de hele tijd binnen.

Anderzijds, onze zon - die goed is voor 99,86 procent van de massa van het zonnestelsel - verliest in de loop van de tijd ook massa. Met behulp van gegevens verzameld door NASA's MESSENGER-sonde, een team van NASA- en MIT-onderzoekers concludeerde dat de zon massa verliest door zonnewind en interne processen. Volgens Ask an Astronoom, dit gebeurt met een snelheid van 1.3245 x 10 ¹⁵ ton per jaar, ook al breidt de zon tegelijkertijd uit.

Dat is een duizelingwekkend aantal, maar de zon heeft een massa van ongeveer 1,9885×10 ²⁷ ton. Het zal dus niet snel uit de hand lopen. Maar als het massa verliest, zijn gravitatie-invloed op de aarde en de andere planeten zal afnemen. Echter, tegen de tijd dat onze zon het einde van zijn hoofdreeks bereikt, het zal aanzienlijk uitzetten en zou heel goed Mercurius kunnen opslokken, Venus, Aarde en zelfs Mars volledig.

Dus hoewel onze melkweg in de nabije toekomst massa kan winnen, het lijkt erop dat onze zon en de aarde zelf langzaam massa verliezen. Dit moet niet als slecht nieuws worden gezien, maar het heeft wel gevolgen op de lange termijn. Ondertussen, het is een beetje bemoedigend om te weten dat zelfs de oudste en meest massieve objecten in het universum aan verandering onderhevig zijn, net als levende wezens.

Of we het nu hebben over planeten, sterren, of sterrenstelsels, zij zijn geboren, ze leven en ze sterven. En tussendoor, ze kunnen worden vertrouwd om een ​​​​paar kilo aan te komen of te verliezen. De cirkel van het leven, gespeeld op de kosmische schaal.