Meest gedetailleerde kaart van de Melkweg onthult schat aan informatie

Foto: Verschillende beelden van de Melkweg, die informatie bevatten over onder meer kosmisch stof, chemische samenstelling en de snelheid waarmee objecten bewegen. Credit: ESA

Maandag is de derde 'data release' (DR3) van de Europese ruimtetelescoop Gaia vrijgegeven. De Gaia-missie van ESA heeft als doel de meest nauwkeurige en complete multidimensionale kaart van de Melkweg te creëren. Met deze informatie kunnen astronomen de structuur van ons sterrenstelsel en de evolutie in het verleden over miljarden jaren reconstrueren en de levenscyclus van sterren en onze plaats in het heelal beter begrijpen. 

Gaia's dataset 3 bevat nieuwe en verbeterde informatie over bijna twee miljard sterren in ons sterrenstelsel. De catalogus bevat nieuwe informatie waaronder chemische samenstellingen, stellaire temperaturen, kleuren, massa's, leeftijden, en de snelheid waarmee sterren naar ons toe of van ons af bewegen (radiële snelheid). Veel van deze informatie kwam aan het licht door nieuwe gegevens, verkregen door middel van spectrografische gegevens, een techniek waarbij het sterrenlicht gesplitst wordt (zoals in een regenboog). Deze gegevens bevatten ook speciale subgroepen van sterren, zoals sterren die in de loop van de tijd van helderheid veranderen.

Ook nieuw in deze dataset is de grootste catalogus tot nu toe van dubbelsterren, duizenden zonnestelselobjecten, zoals planetoïdenen en planeetmanen, en miljoenen sterrenstelsels en quasars buiten de Melkweg. 

Een van de meest verrassende ontdekkingen die uit de nieuwe gegevens naar voren komt is dat Gaia in staat is om sterbevingen te detecteren, minuscule bewegingen aan het oppervlak van een ster die de vorm van sterren veranderen, iets waar het observatorium oorspronkelijk niet voor gebouwd was.

Eerder ontdekte Gaia al radiële oscillaties die ervoor zorgen dat sterren periodiek zwellen en krimpen, terwijl ze hun bolvorm behouden. Maar Gaia heeft nu ook andere trillingen gespot die meer lijken op grootschalige tsunami's. Deze niet-radiële oscillaties veranderen de vorm van een ster en zijn daarom moeilijker waar te nemen.

Gaia vond sterke niet-radiële sterbevingen bij duizenden sterren. Ook bij sterren die dat eerder zelden vertoonden ontdekte Gaia dergelijke trillingen. Deze sterren zouden volgens de huidige theorie geen bevingen mogen vertonen, terwijl Gaia ze aan hun oppervlak wel vaststelde.

'Sterbevingen leren ons veel over sterren, met name over hun inwendige processen. Gaia opent een goudmijn voor de 'asteroseismologie' van massieve sterren,' zegt Conny Aerts van de KU Leuven in België, die deel uitmaakt van de Gaia Collaboration.

Waar sterren van gemaakt zijn kan ons iets vertellen over hun ontstaansplek en hun reis daarna, en dus over de geschiedenis van de Melkweg. Met de vandaag vrijgekomen dataset onthult Gaia de grootste chemische kaart van het sterrenstelsel gekoppeld aan 3D-bewegingen; van ons zonnestelsel tot kleinere sterrenstelsels om ons heen.

Sommige sterren bevatten meer “zware metalen” dan andere. Tijdens de oerknal werden alleen lichte elementen gevormd (waterstof en helium). Alle andere zwaardere elementen – door astronomen metalen genoemd – vormen zich binnenin de sterren. Wanneer sterren sterven, komen deze metalen vrij en komen in het interstellaire medium terecht, het gas en stof tussen de sterren waaruit nieuwe sterren ontstaan. Actieve stervorming en sterfte leiden tot een omgeving die rijker is aan metalen. De chemische samenstelling van een ster is dan ook een beetje als zijn DNA, en geeft ons cruciale informatie over de oorsprong ervan.

Dankzij Gaia weten we dat sommige sterren in ons sterrenstelsel zijn gemaakt van oermaterie, terwijl andere, zoals onze zon, gemaakt zijn van materie die is verrijkt door voorgaande generaties sterren. Sterren die dichter bij het centrum en het vlak van ons melkwegstelsel liggen, zijn rijker aan metalen dan sterren op grotere afstanden. Gaia heeft, op basis van hun chemische samenstelling, ook sterren geïdentificeerd die oorspronkelijk uit andere sterrenstelsels kwamen dan het onze. 

'Ons melkwegstelsel is een prachtige smeltkroes van sterren,' zegt Alejandra Recio-Blanco van het Observatoire de la Côte d'Azur in Frankrijk en die lid is van de Gaia Collaboration. 'Deze diversiteit is uiterst belangrijk, want ze vertelt ons het verhaal van de vorming van ons melkwegstelsel. Het toont de migratieprocessen binnen ons sterrenstelsel en de aantrekking vanuit externe sterrenstelsels. Het laat ook duidelijk zien dat onze zon, en wij, allemaal deel uitmaken van een steeds veranderend systeem, gevormd dankzij de samenvoeging van sterren en gas met een verschillende oorsprong.'

Andere artikelen die werden gepubliceerd zijn een weergave van het brede en diepe potentieel van Gaia’s ontdekkingen. Een nieuwe catalogus van dubbelsterren beschrijft de massa en evolutie van meer dan 800 duizend binaire systemen, terwijl een nieuwe survey van planetoïden, die 156 duizend rotsachtige lichamen omvat, dieper graaft naar de oorsprong van ons zonnestelsel. Gaia levert ook informatie over 10 miljoen veranderlijke sterren, mysterieuze macromoleculen tussen sterren, en over quasars en sterrenstelsels buiten onze eigen kosmische omgeving.

'In tegenstelling tot andere missies die specifieke objecten als doel hebben, is Gaia een survey-missie. Dat betekent dat Gaia, terwijl ze de hele hemel met miljarden sterren meerdere malen afspeurt, onvermijdelijk ontdekkingen zal doen die andere, meer specifieke missies zouden missen. Dit is een van de sterke punten, en we kunnen niet wachten tot de astronomische gemeenschap in onze nieuwe gegevens duikt en nog meer over ons sterrenstelsel en zijn omgeving te weten komt dan we ons hadden kunnen voorstellen,' zegt Timo Prusti, wetenschappelijke projectmedewerker voor Gaia bij ESA.