NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope zal piekerige sterrenstromen bestuderen die zich ver buiten de schijnbare randen van veel sterrenstelsels uitstrekken. Missies zoals de Hubble- en James Webb-ruimtetelescopen zouden honderden kleine afbeeldingen moeten samenvoegen om deze structuren rond nabijgelegen sterrenstelsels volledig te kunnen zien. Roman doet dit in een enkele snapshot. Astronomen zullen deze waarnemingen gebruiken om te onderzoeken hoe sterrenstelsels groeien en wat de aard van donkere materie is.

Stellaire stromen zien eruit als etherische haarlokken die zich vanuit sommige sterrenstelsels naar buiten uitstrekken en vredig door de ruimte drijven als onderdeel van de halo - een bolvormig gebied rond een sterrenstelsel. Maar deze stellaire vliegreizen zijn tekenen van een oud drama op kosmische schaal dat dienen als fossielen van het verleden van een melkwegstelsel. Door ze te bestuderen, veranderen astronomen in galactische archeologen.

"Halo's worden meestal gemaakt van sterren die van andere sterrenstelsels zijn verwijderd", zegt Tjitske Starkenburg, een postdoctoraal onderzoeker aan de Northwestern University in Evanston, Illinois, die het potentieel van Roman op dit gebied onderzocht. "De brede, diepe beelden van Roman zullen zo scherp zijn dat we individuele sterren in de halo's van andere sterrenstelsels kunnen oplossen, waardoor het voor het eerst mogelijk wordt om stellaire stromen in een groot aantal sterrenstelsels te bestuderen."

Het team, onder leiding van Starkenburg, zal vandaag hun resultaten delen op de 240e bijeenkomst van de American Astronomical Society in Pasadena, Californië.

Galactisch kannibalisme, gestolen sterren

Simulaties ondersteunen de theorie dat sterrenstelsels gedeeltelijk groeien door kleinere groepen sterren op te slokken. Een dwergstelsel dat door een groter sterrenstelsel in een baan om de aarde is gevangen, wordt vervormd door de zwaartekracht. De sterren druppelen naar buiten en volgen bogen en lussen rond het grotere sterrenstelsel totdat ze uiteindelijk de nieuwste leden worden.

"Terwijl individuele sterren uit het dwergstelsel lekken en in het meer massieve sterrenstelsel vallen, vormen ze lange, dunne stromen die miljarden jaren intact blijven", zegt Sarah Pearson, een postdoctoraal onderzoeker van Hubble aan de New York University in New York City en de hoofdauteur van een afzonderlijke studie, ook gepubliceerd in The Astrophysical Journal , over de geprojecteerde waarnemingen van de missie op dit gebied. "Dus stellaire stromen bevatten geheimen uit het verleden en kunnen miljarden jaren van evolutie verlichten."

Astronomen hebben dit kannibalistische proces op heterdaad betrapt met behulp van telescopen zoals de Gaia-satelliet van ESA (European Space Agency), die nauwkeurig is afgesteld om de posities en bewegingen van sterren in ons Melkwegstelsel te meten. Roman zal deze waarnemingen uitbreiden door soortgelijke metingen te doen van sterren in zowel de Melkweg als andere sterrenstelsels.

De Melkweg is de thuisbasis van ten minste 70 stellaire stromen, wat betekent dat het waarschijnlijk ten minste 70 dwergstelsels of bolvormige sterrenhopen heeft opgegeten - groepen van honderdduizenden door zwaartekracht gebonden sterren. Met de afbeeldingen van de Melkweg van Roman kunnen astronomen snapshots op tijd aan elkaar rijgen om de beweging van sterren te laten zien. Dat zal ons helpen te leren waaruit donkere materie bestaat - onzichtbare materie die we alleen kunnen detecteren via de zwaartekrachtseffecten op zichtbare objecten.

Eén theorie suggereert dat donkere materie 'koud' is of bestaat uit zware, trage deeltjes. Als dat zo is, zou het samen moeten klonteren in halo's van sterrenstelsels, die stellaire stromen zouden verstoren op manieren die Roman kon zien. Door deze vervormingen te detecteren of uit te sluiten, kon Roman de kandidaten voor wat donkere materie zou kunnen zijn, beperken.

Astronomen kijken er ook naar uit om sterrenstromen in verschillende naburige sterrenstelsels van de Melkweg te bestuderen. Ze zijn niet goed bestudeerd in andere sterrenstelsels omdat ze zo zwak en ver weg zijn. Ze zijn ook zo groot dat ze een heel sterrenstelsel kunnen omringen. Er is een ongeëvenaard panoramisch uitzicht zoals dat van Roman nodig om beelden vast te leggen die zowel groot als gedetailleerd genoeg zijn om ze te kunnen zien.

Vooral ongrijpbare stellaire stromen die ontstonden toen de Melkweg sterren van bolvormige sterclusters overhevelde, zijn eerder gedetecteerd, maar ze zijn nooit in andere sterrenstelsels gevonden. Ze zijn zwakker omdat ze minder sterren bevatten, waardoor ze veel moeilijker te zien zijn in andere, verder weg gelegen sterrenstelsels.

Roman kan ze voor het eerst in verschillende van onze naburige sterrenstelsels detecteren. Het brede, scherpe, diepe zicht van de missie zou zelfs individuele sterren in deze enorme, schemerige structuren moeten onthullen. In een eerdere studie gepubliceerd in The Astrophysical Journal Pearson leidde de ontwikkeling van een algoritme om systematisch naar stellaire stromen te zoeken die afkomstig zijn van bolvormige clusters in naburige sterrenstelsels.

De nieuwe studie van Starkenburg draagt ​​bij aan het beeld door te voorspellen dat Roman tientallen stromen in andere sterrenstelsels zou moeten kunnen detecteren die afkomstig zijn van dwergstelsels, wat een ongekend inzicht biedt in de manier waarop sterrenstelsels groeien.

"Het is opwindend om meer te weten te komen over onze Melkweg, maar als we de vorming van sterrenstelsels en donkere materie echt willen begrijpen, hebben we een grotere steekproef nodig", zei Starkenburg. "Het bestuderen van stellaire stromen in andere sterrenstelsels met Roman zal ons helpen het grotere geheel te zien." + Verder verkennen

Oud dwergstelsel gereconstrueerd met vrijwilligerscomputer MilkyWay@home