Astronomen hebben onze kaart van de Melkweg aanzienlijk uitgebreid door tientallen zwakke, lintachtige structuren te ontdekken die bekend staan als stellaire stromen. Met behulp van gegevens van de Gaia-missie van de European Space Agency hebben onderzoekers 87 potentiële kandidaten voor de sterrenstroom geïdentificeerd – een enorme sprong voorwaarts ten opzichte van de minder dan twintig die eerder bekend waren.
Deze ontdekking, geleid door Yingtian “Bill” Chen van de Universiteit van Michigan, levert een veel grotere dataset op voor wetenschappers die proberen de geschiedenis van onze Melkweg en de mysterieuze krachten die deze regeren te ontcijferen.
Wat zijn Stellaire streams?
Sterstromen zijn lange, dunne sporen van sterren die ontstaan wanneer compacte groepen, zoals bolvormige sterrenhopen, door het zwaartekrachtveld van de Melkweg reizen. Terwijl deze clusters rond de Melkweg draaien, trekken zwaartekrachtkrachten aan hen, waardoor sterren geleidelijk worden weggestript.
Om dit proces te visualiseren vergelijkt co-auteur Oleg Gnedin het met fietsen met een lekkende zak zand:
“Die zandkorrels zijn als de sterren die tijdens hun traject zijn achtergelaten.”
Een doorbraak in detectie: het StarStream-algoritme
Tot nu toe was het vinden van deze stromen grotendeels een kwestie van geluk. Astronomen identificeerden ze doorgaans bij toeval toen ze ongebruikelijke patronen in de gegevens opmerkten. Deze beperkte steekproefomvang maakte het moeilijk om brede wetenschappelijke conclusies te trekken over de galactische evolutie.
De doorbraak kwam met de ontwikkeling van StarStream, een nieuw computeralgoritme. In tegenstelling tot eerdere methoden die afhankelijk waren van het zoeken naar visuele patronen, gebruikt StarStream een natuurkundig model. Door theoretische verwachtingen toe te passen over hoe sterren zich zouden gedragen onder zwaartekracht, kan het algoritme structuren identificeren die te zwak of onregelmatig zijn om door het menselijk oog te kunnen worden opgemerkt.
Waarom dit belangrijk is voor onderzoek naar donkere materie
De ontdekking van deze stromen gaat over veel meer dan alleen het vinden van verloren sterren; het is een essentieel hulpmiddel voor het in kaart brengen van donkere materie.
Donkere materie is de onzichtbare ‘lijm’ die zorgt voor de zwaartekracht die nodig is om sterrenstelsels bij elkaar te houden. Hoewel het niet direct kan worden gezien, kan de aanwezigheid ervan worden afgeleid uit de manier waarop het de zichtbare materie beïnvloedt. Omdat stellaire stromen worden gevormd door de zwaartekrachten die ze tegenkomen, fungeren hun banen als een historisch verslag van de massaverdeling van de Melkweg.
Door deze 87 nieuwe kandidaten te bestuderen, kunnen astronomen het volgende beter begrijpen:
– De massa van de Melkweg: Hoeveel totale materie (zichtbaar en donker) bevindt zich in de Melkweg.
– De Dark Matter Halo: De vorm en dichtheid van de onzichtbare wolk die onze Melkweg omringt.
– Clusterlevensduur: Uit het onderzoek is gebleken dat sommige clusters in een ongewoon hoog tempo sterren afstoten, wat erop wijst dat ze op het punt staan volledig uit elkaar te worden gescheurd door de getijdenkrachten.
De status-quo uitdagen
Uit de nieuwe gegevens blijkt ook dat stellaire stromen diverser zijn dan eerder werd gedacht. Terwijl astronomen ooit zochten naar dunne, perfect uitgelijnde linten, vond het StarStream-algoritme veel stromen die:
– Korter en breder;
– Niet goed uitgelijnd met de banen van hun ouderclusters;
– diffuser en moeilijker te detecteren.
Dit suggereert dat eerdere zoekopdrachten vooral gericht waren op ‘voor de hand liggende’ structuren, waarbij een aanzienlijk deel van de complexe architectuur van het sterrenstelsel werd gemist.
De weg vooruit
Hoewel de studie 87 kandidaten identificeert, waarschuwen onderzoekers dat niet alle kandidaten zullen worden bevestigd. Sommige detecties kunnen “vals-positieven” zijn, veroorzaakt door achtergrondgeluiden van niet-gerelateerde sterren.
De basis is echter gelegd voor een nieuw tijdperk van galactische kartering. Het StarStream-algoritme is zo ontworpen dat het gemakkelijk kan worden aangepast aan toekomstige observatoria van de volgende generatie, zoals het Vera C. Rubin Observatorium en de Nancy Grace Roman Space Telescope van NASA, die de gegevens met hoge resolutie zullen leveren die nodig zijn om deze bevindingen te verifiëren.
Conclusie
Door over te stappen van visuele observatie naar op natuurkunde gebaseerde modellen hebben astronomen een veel duidelijker beeld gekregen van de structurele geschiedenis van de Melkweg. Deze nieuw ontdekte sterrenstromen zullen dienen als essentiële gidsen voor het in kaart brengen van de onzichtbare donkere materie die ons universum vormt.
