Om de geschiedenis en evolutie van de Melkweg beter te begrijpen, astronomen bestuderen de samenstelling van de gassen en metalen die een belangrijk onderdeel van onze melkweg vormen. Drie hoofdelementen vallen op:het aanvankelijke gas dat van buiten onze melkweg komt, het gas tussen de sterren in ons melkwegstelsel – verrijkt met chemische elementen –, en het stof dat ontstaat door de condensatie van de metalen die in dit gas aanwezig zijn.

Tot nu, theoretische modellen gingen ervan uit dat deze drie elementen homogeen waren gemengd door de hele Melkweg en een niveau van chemische verrijking bereikten dat vergelijkbaar was met de atmosfeer van de zon, de zonne-metalliteit genoemd. Vandaag, een team van astronomen van de Universiteit van Genève (UNIGE) toont aan dat deze gassen niet zo veel worden gemengd als eerder werd gedacht, die een sterke invloed heeft op het huidige begrip van de evolutie van sterrenstelsels. Als resultaat, simulaties van de evolutie van de Melkweg zullen moeten worden aangepast. Deze resultaten zijn te lezen in het tijdschrift Natuur .

Sterrenstelsels bestaan ​​uit een verzameling sterren en worden gevormd door de condensatie van het gas van het intergalactische medium dat voornamelijk uit waterstof en een beetje helium bestaat. Dit gas bevat geen metalen in tegenstelling tot het gas in sterrenstelsels - in de astronomie, alle chemische elementen zwaarder dan helium worden samen metalen genoemd, hoewel het atomen in gasvorm zijn.

"Galaxies worden gevoed door 'maagdelijk' gas dat van buitenaf naar binnen valt, waardoor ze verjongen en nieuwe sterren kunnen vormen, " legt Annalisa De Cia uit, een professor in de afdeling Sterrenkunde van de UNIGE Faculteit Wetenschappen en eerste auteur van de studie. Tegelijkertijd, sterren verbranden de waterstof waaruit ze bestaan ​​gedurende hun hele leven en vormen andere elementen door middel van nucleosynthese. Wanneer een ster die het einde van zijn leven heeft bereikt ontploft, het verdrijft de metalen die het heeft geproduceerd, zoals ijzer, zink, koolstof en silicium, het voeden van deze elementen in het gas van de melkweg. Deze atomen kunnen dan condenseren tot stof, vooral in de kou, dichtere delen van de melkweg. "In eerste instantie toen de Melkweg werd gevormd, meer dan 10 miljard jaar geleden, het had geen metalen. Daarna verrijkten de sterren geleidelijk de omgeving met de metalen die ze produceerden, " vervolgt de onderzoeker. Als de hoeveelheid metalen in dit gas het niveau bereikt dat in de zon aanwezig is, astronomen spreken van zonne-metalliciteit.

Een niet zo homogene omgeving

De omgeving waaruit de Melkweg bestaat, brengt dus de metalen samen die door de sterren worden geproduceerd, de stofdeeltjes die uit deze metalen zijn gevormd, maar ook gassen van buiten de melkweg die er regelmatig in komen. "Tot nu, theoretische modellen waren van mening dat deze drie elementen homogeen gemengd waren en overal in onze melkweg de zonnesamenstelling bereikten, met een lichte toename van metalliciteit in het midden, waar de sterren talrijker zijn, " legt Patrick Petitjean uit, een onderzoeker aan het Institut d'Astrophysique de Paris, Sorbonne-universiteit. "We wilden dit in detail observeren met behulp van een Ultraviolet-spectrograaf op de Hubble-ruimtetelescoop."

Met spectroscopie kan het licht van sterren worden gescheiden in zijn individuele kleuren of frequenties, een beetje zoals een met prisma of in een regenboog. In dit ontbonden licht, astronomen zijn vooral geïnteresseerd in absorptielijnen:"Als we een ster waarnemen, de metalen waaruit het gas tussen de ster en onszelf bestaat, absorberen op karakteristieke wijze een heel klein deel van het licht, op een bepaalde frequentie, waarmee we niet alleen hun aanwezigheid kunnen identificeren, maar ook om te zeggen welk metaal het is, en hoe overvloedig het is, " hij gaat door.

Een nieuwe methode ontwikkeld om de totale metalliciteit te observeren

Gedurende 25 uur, het team van wetenschappers observeerde de atmosfeer van 25 sterren met behulp van Hubble en de Very Large Telescope (VLT) in Chili. Het probleem? Het stof is met deze spectrografen niet te tellen, ook al bevat het metalen. Het team van Annalisa De Cia heeft daarom een ​​nieuwe observatietechniek ontwikkeld. "Het houdt in dat er rekening wordt gehouden met de totale samenstelling van gas en stof door tegelijkertijd verschillende elementen te observeren, zoals ijzer, zink, titanium, silicium en zuurstof, " legt de onderzoeker uit Genève uit. "Dan kunnen we de hoeveelheid metalen in het stof traceren en toevoegen aan de hoeveelheid die al is gekwantificeerd door de eerdere waarnemingen om het totaal te krijgen."

Dankzij deze dubbele observatietechniek, de astronomen hebben ontdekt dat niet alleen de omgeving van de Melkweg niet homogeen is, maar dat sommige van de bestudeerde gebieden slechts 10% van de zonne-metalliteit bereiken. "Deze ontdekking speelt een sleutelrol bij het ontwerpen van theoretische modellen over de vorming en evolutie van sterrenstelsels, " zegt Jens-Kristian Krogager, onderzoeker bij de afdeling Sterrenkunde van de UNIGE. "Vanaf nu, we zullen de simulaties moeten verfijnen door de resolutie te verhogen, zodat we deze veranderingen in metalliciteit op verschillende locaties in de Melkweg kunnen opnemen."

Deze resultaten hebben een sterke invloed op ons begrip van de evolutie van sterrenstelsels en die van onszelf in het bijzonder. Inderdaad, metalen spelen een fundamentele rol bij de vorming van sterren, kosmisch stof, moleculen en planeten. En we weten nu dat er tegenwoordig nieuwe sterren en planeten kunnen worden gevormd uit gassen met heel verschillende samenstellingen.