Astronomen weten al jaren dat sterrenstelsels kannibalistisch zijn. Massieve sterrenstelsels zoals onze eigen Melkweg hebben aan massa gewonnen door kleinere buren te absorberen.
Nu lijkt het erop dat kleinere sterrenstelsels zoals de Grote Magelhaense Wolk zich ook tegoed hebben gedaan aan kleinere buren.
Astronomen hebben bewijs gevonden dat de Grote Magelhaense Wolk (LMC), een dwergsatellietstelsel van de Melkweg, heeft geabsorbeerd bolvormige sterrenhopen . Bolvormige sterrenhopen zijn niet echt sterrenstelsels; het zijn bolvormige clusters van duizenden of zelfs miljoenen sterren, en ze zijn het grootste en meest massieve type clusters. Ze zijn ouder en hebben meestal een lagere metalliciteit dan open clusters. Astronomen denken dat bolvormige sterrenhopen gedeeltelijk coherent kunnen blijven, zelfs nadat ze zijn geabsorbeerd door een groter sterrenstelsel zoals de LMC.
Een groep Nederlandse en Italiaanse astronomen heeft een paper gepubliceerd waarin ze bewijzen dat de LMC massiever wordt door bolvormige sterrenhopen te absorberen. De titel is ' Een overblijfsel van een eerdere fusie in de Grote Magelhaense Wolk .” De hoofdauteur is Alessio Mucciarelli, een professor in de afdeling Natuur- en Sterrenkunde aan de Universiteit van Bologna, Italië. Het artikel is gepubliceerd in Nature Astronomy.
Bolvormige sterrenhopen (GC's) zijn een beetje mysterieus. Lange tijd dachten astronomen dat het verzamelingen sterren waren die uit een enkele moleculaire wolk waren gevormd. Het leek alsof alle sterren in een cluster dezelfde leeftijd en metalliciteit hadden. Maar naarmate ons waarnemingsvermogen steeds beter werd, bleek dat de meeste clusters meerdere populaties van sterren van verschillende leeftijden en metalliciteiten bevatten. Dus nu denken astronomen dat de cluster na de eerste vorming van een GC mogelijk een andere gigantische moleculaire wolk is tegengekomen die een nieuwe ronde van stervorming veroorzaakte.
Deze NASA/ESA Hubble Space Telescope-afbeelding toont een compacte en verre bolvormige sterrenhoop genaamd NGC 7006. Het is een klasse 1 bolvormige sterrenhoop, wat betekent dat de sterren sterk geconcentreerd zijn in plaats van verspreid en diffuus. Afbeelding tegoed: door NASA Hubble - https://www.flickr.com/photos/ [e-mail beveiligd] /49200475127/, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=87407272
Gelukkig, hoewel GC's meerdere populaties van sterren kunnen hebben, kunnen hun centra bij elkaar blijven nadat ze zijn samengesmolten met een melkwegstelsel. En dat feit is cruciaal voor deze studie.
Het team van onderzoekers achter deze studie keek naar 11 verschillende GC's in de Grote Magelhaense Wolk. Een daarvan was NGC 2005, dat ongeveer 750 lichtjaar verwijderd is van het centrum van de GMW en ongeveer 200.000 sterren bevat. De sterren in NGC 2005 zijn anders dan andere sterren in de GMW: ze bevatten minder zink, koper, silicium en calcium dan de andere 10 clusters in de GMW.
De astronomen denken dat NGC 2005 zelf het overblijfsel is van een kleiner sterrenstelsel dat miljarden jaren geleden door de LMC werd verteerd. Het kleinere sterrenstelsel had een lage stervormingsefficiëntie en een massa vergelijkbaar met een bolvormig dwergstelsel. Gedurende miljarden jaren werd het kleine sterrenstelsel uit elkaar getrokken en de meeste van zijn sterren verspreidden zich. Maar niet de kern. Nadat de rest van dit kleine sterrenstelsel was opgelost, bleef de kern grotendeels intact en die kern wordt NGC 2005 genoemd.
“We zien eigenlijk een overblijfsel van een eerdere fusie.”
D Massari, co-auteur, Rijksuniversiteit Groningen.
Samengestelde afbeelding van NGC 2005 (links) en de Grote Magelhaense Wolk (rechts). De chemische samenstelling van de sterren in de bolhoop NGC 2005 verschilt van andere sterren in de Grote Magelhaense Wolk. Het is het eerste bewijs van het samensmelten van dwergstelsels buiten onze Melkweg. (c) HLA/Fabian RR/ESO/VMC Survey/Astronomie.nl [CC BY-SA 3.0]
Onderzoekers gebruiken een techniek die chemische tagging wordt genoemd om populaties van sterren te identificeren die dezelfde oorsprong hebben als er geen ander waarneembaar bewijs is dat de populatie verwant is. “Chemische tagging is een van de weinige technieken waarmee we volledig opgeloste satellieten kunnen traceren, ook als er geen kinematisch of ruimtelijk coherent relikwie is, waarmee we de
sterren en clusters die lang geleden verloren zijn gegaan door hun afwijkende chemische samenstelling, in tegenstelling tot de omgeving waarin ze tegenwoordig leven”, schrijven de auteurs.
Dat is niet altijd gemakkelijk, omdat het gebaseerd is op spectroscopie met hoge resolutie. Het vereist ook een rigoureuze analyse van chemische abundanties, die kunnen worden aangetast door kleine verschillen in aannames over de astrofysische parameters van de objecten die worden bestudeerd. De meest kritische parameter is de effectieve temperatuur van een ster. Als je dat verkeerd doet, is de rest van de resultaten waarschijnlijk verkeerd. Het team achter dit onderzoek probeerde die problemen te omzeilen door de 11 GC's als tracers te gebruiken.
GC's werken goed als tracers, want zelfs nadat er een is opgelost in het grotere sterrenstelsel waarmee ze zijn gefuseerd, zijn hun kernen nog steeds intact. 'Zo'n cluster houdt de kenmerken bij van de omgeving waarin het is geboren', schrijven ze.
Het team van onderzoekers vergeleek de metalliciteit van de sterren in NGC 2005 met 10 andere GC's in de LMC en met 15 oudere GC's in de Melkweg. Zoals de onderstaande tabel laat zien, valt de metalliciteit van NGC 2005 op.
De metalliciteit van NGC 2005 is anders dan die van de andere GC's in de Grote Magelhaense Wolk en oudere GC's in de Melkweg. Het heeft minder silicium, calcium, koper en zink. Gemiddelde gewogen abundantieverhoudingen voor [Fe/H], [Si/Fe], [Ca/Fe], [Cu/Fe] en [Zn/Fe] voor de geanalyseerde LMC en MW oude GC's met de bijbehorende standaardfout en, in haakjes, de spreiding van het gewogen gemiddelde. Afbeelding tegoed: Mucciarelli et al, 2021.
Maar zijn er nog andere aanwijzingen voor fusies?
Het team zegt dat de metallische abundanties in NGC 2005 en de andere GC's in de LMC erop wijzen dat ze afkomstig zijn uit gebieden met aanzienlijk minder efficiënte stervorming dan de rest van de LMC. 'Dit is typerend voor dwergbolvormige (dSph) -satellieten van de Melkweg. Het is dus normaal om tussen hen te zoeken als je op zoek bent naar een bestaand sterrenstelsel dat lijkt op de vermeende stamvader van NGC 2005.”
boogschutter en Fornax zijn de enige dwerg sferoïdale sterrenstelsels in een baan om de Melkweg die in staat waren om GC's te vormen. De metalliciteit van Boogschutter is vergelijkbaar met de LMC's, dus niet vergelijkbaar met NGC 2005. Maar Fornax is meer een match in chemische overvloed en is ook groot genoeg om een voorloper te zijn voor zoiets als NGC 2005. 'In plaats daarvan heeft Fornax een geweldige massa groot genoeg (' 2 × 107 M) om een populatie van 5 oude GC's te huisvesten, waarvan vier in hetzelfde massabereik als NGC 2005 (&1.3·105M.
Deze bevindingen waren voldoende om het team te overtuigen.
'We zien eigenlijk een overblijfsel van een eerdere fusie', zegt Davide Massari, onderzoeker bij het INAF van de Rijksuniversiteit Groningen, en co-auteur van het artikel van de Rijksuniversiteit Groningen. 'En we hebben nu voor het eerst overtuigend aangetoond dat kleine sterrenstelsels die grenzen aan onze Melkweg op hun beurt zijn opgebouwd uit nog kleinere sterrenstelsels.'