Astronomen zijn tijdens het uitpluizen van de stamboom van ons sterrenstelsel op een cruciale voorouder gestuit.

Wetenschappers weten al enige tijd dat sterrenstelsels groeien wanneer kleinere sterrenstelsels samensmelten. Ook de onze heeft meerdere fusies ondergaan. Maar de precieze oorsprong van ons eigen Melkwegstelsel is al lang een groot mysterie. Astronomen hebben zich in een nieuwe studie op de stamboom van ons sterrenstelsel gestort. En dat leidde tot een aantal interessante ontdekkingen.

Bolvormige sterrenhopen
Met behulp van kunstmatige intelligentie zijn onderzoekers er voor het eerst in geslaagd de complete stamboom van ons sterrenstelsel in kaart te brengen. Om dit voor elkaar te krijgen analyseerde het team de eigenschappen van bolvormige sterrenhopen die zich in een baan rond de Melkweg bevinden (zie kader). Astronomen vermoeden al decennialang dat bolvormige sterrenhopen kunnen worden gezien als ‘fossiele overblijfselen’ waarmee de vroege, turbulente geschiedenis van sterrenstelsels gereconstrueerd kunnen worden. Het schortte echter aan vernuftige techniek om dit hard te maken. Tot nu. Want met behulp van de nieuwste modellen en observaties is het eindelijk gelukt om samensmeltingen in de vroege geschiedenis van het heelal te openbaren.


Wat zijn bolvormige sterrenhopen?
Bolvormige sterrenhopen zijn het beste te omschrijven als grote ballen, bestaande uit sterren. Ze draaien rond het centrum van sterrenstelsels. Zo’n bolhoop bestaat uit honderdduizenden – vaak oudere – sterren. Ze blijven bij elkaar door hun eigen zwaartekracht. Alleen in de Melkweg bevinden zich al zo’n 150 tot 180 bolvormige sterrenhopen, waarvan er vele zijn ontstaan in kleinere sterrenstelsels die samensmolten en uiteindelijk het sterrenstelsel vormden waarin we vandaag de dag leven.

De onderzoekers ontwikkelden een reeks geavanceerde computersimulaties van de vorming van sterrenstelsels. Deze simulaties zijn uniek, omdat ze een compleet model vertegenwoordigen voor de vorming, evolutie en verwoesting van bolvormige sterrenhopen. In de simulaties konden de onderzoekers de leeftijden, chemische samenstellingen en baanbewegingen van deze sterrenhopen relateren aan de eigenschappen van eerdere stelsels – de voorouders – waarin ze zich, meer dan tien miljard jaar geleden, vormden. Door deze inzichten toe te passen op groepen bolvormige sterrenhopen in de Melkweg, slaagde het team er niet alleen in om de hoeveelheid sterren in deze ‘voorouder-stelsels’ te bepalen, maar ook wanneer ze door de Melkweg werden verorberd. “We hebben het algoritme talloze keren getest,” vertelt onderzoeker Diederik Kruijssen. “We waren verbaasd over het vermogen ervan om de fusiegeschiedenis van de gesimuleerde sterrenstelsels heel nauwkeurig te reconstrueren. En dat alleen met behulp van bolvormige sterrenhopen.”

Kraken
Dankzij de simulaties komen de onderzoekers tot een verbazingwekkende ontdekking. De bevindingen onthullen namelijk een voorheen onbekende botsing tussen de Melkweg en een raadselachtig sterrenstelsel dat de onderzoekers ‘Kraken’ noemden. Een cruciale voorouder. “De botsing met Kraken moet de belangrijkste samensmelting zijn geweest die de Melkweg ooit heeft meegemaakt,” betoogt Kruijssen. En dat is interessant. Tot voor kort werd namelijk gedacht dat een botsing met de het Gaia-Enceladus-stelsel, die zo’n 9 miljard jaar geleden plaatsvond, de grootste fusie ooit was. “De samensmelting met Kraken vond echter zo’n 11 miljard jaar geleden plaats, toen de Melkweg over viermaal minder massa beschikte,” gaat Kruijssen verder. “De botsing met Kraken moet de Melkweg behoorlijk hebben veranderd.” En dat betekent dat onze Melkweg er zonder Kraken vandaag de dag heel anders zou hebben uitgezien.

Stamboom van onze Melkweg. Te zien is met welke sterrenstelsels onze Melkweg in de loop van de geschiedenis in botsing is gekomen. De stippellijnen illustreren andere fusies die de Melkweg naar verwachting heeft doorgemaakt, maar die niet kunnen worden gekoppeld aan een specifieke voorouder. Afbeelding: D. Kruijssen / Heidelberg University

Stamboom
Dat is echter niet het enige wat de onderzoekers hebben weten te ontraadselen. Uit de gereconstrueerde stamboom blijkt namelijk ook dat onze Melkweg in de loop van de geschiedenis zo’n vijf melkwegstelsels met meer dan 100 miljoen sterren heeft gekannibaliseerd. Daarnaast heeft ons sterrenstelsel ook nog eens vijftien stelsels met minstens tien miljoen sterren opgeslokt. De meest massieve voorouder-stelsels zijn tussen de 6 en 11 miljard jaar geleden in botsing gekomen met onze Melkweg.


De onderzoekers verwachten dat hun resultaten toekomstige studies zullen stimuleren om naar de overblijfselen van deze voorouder-stelsels te zoeken. “We hebben nu het puin van meer dan vijf voorouder-stelsels ontdekt,” zegt Kruijssen. “Met de huidige en toekomstige telescopen zou het mogelijk moeten zijn om ze allemaal te vinden.”

Wist je dat…

…onze Melkweg op dit moment wederom op ramkoers ligt met een sterrenstelsel? De verwachting is namelijk dat de Melkweg in botsing zal komen met de nabijgelegen Andromedanevel. Astronomen vermoeden dat het geen frontale botsing zal worden, maar dat de twee elkaar zullen schampen. We hoeven ons er echter nu nog geen zorgen over te maken. Want waarschijnlijk staat dit pas over een slordige 4,5 miljard jaar te gebeuren.