Universiteit Leiden

nl en
ESO/Digitized Sky Survey 2

3D-beweging van sterren in nabij stelsel gemeten

Voor het eerst is het gelukt de driedimensionale beweging van individuele sterren in een sterrenstelsel buiten de Melkweg te meten. Een Gronings-Leidse onderzoek geeft een inkijkje in de verdeling van de donkere materie die het stelsel domineert. Ze publiceren hun bevindingen op 27 november in Nature Astronomy.

De astronomen combineerden data van ESA’s Gaia-satelliet met waarnemingen van NASA/ESA’s Hubble-ruimtelescoop van 12 jaar geleden. Hiermee berekenden ze de eigenbeweging, de verplaatsing van de ster aan de hemel ten opzichte van de achtergrondsterren. Ze deden dit voor 126 sterren in het dwergsterrenstelsel Sculptor, een klein satellietstelsel van de Melkweg. De 15 sterren met het beste resultaat zijn verder geanalyseerd. Daaruit blijkt dat de sterren specifieke banen hebben. Met deze uitkomst kunnen wetenschappers de theoretische modellen die de beweging van sterren en halo’s van donkere materie beschrijven verder aanscherpen.

Preciesiemetingen

Astronomen meten de beweging van sterren naar de aarde toe of ervanaf met behulp van de roodverschuiving: het verschijnsel dat het licht dat de stelsels uitzenden naar langere golflengten is verschoven, dus 'roder' is geworden, ten opzichte van het lichtspectrum van de zon. Om ook de eigenbeweging van sterren te meten zijn meerdere precisiemetingen over de jaren heen nodig. Dat is exact wat de Gaia-satelliet doet voor een miljard sterren in onze Melkweg. 'Maar Gaia meet ook de posities van sterren in stelsels buiten de Melkweg, zoals het Sculptor-dwergstelsel,' licht eerste auteur Davide Massari van het Groningse Kapteyn-instituut toe. 

Piepkleine eigenbeweging

Door de Gaia-data te combineren met Hubble-data van 12 jaar geleden, hebben de astronomen nu van 15 sterren extreem nauwkeurige waarnemingen van hun piepkleine eigenbeweging. Het vergelijken van de twee datasets was een enorme uitdaging. Massari: 'De twee missies meten ieder op hun eigen manier, en het uitsluiten van systematische fouten was een hele klus.'

Zoektocht naar onzichtbare donkere materie

De beweging van sterren is belangrijk in de zoektocht naar onzichtbare donkere materie. Het heelal heeft namelijk meer dan vijf keer zoveel donkere materie als normale materie, zoals de atomen waarvan mensen zijn gemaakt. De aanwezigheid van deze ongrijpbare donkere materie kan worden afgeleid uit zijn zwaartekrachtseffect op de beweging van andere objecten, zoals sterrenstelsels en sterren. Coauteur Amina Helmi van de Rijkuniversiteit Groningen: 'Rugbybalvormige dwergsterrenstelsels zoals Sculptor worden van alle objecten in het heelal het meest gedomineerd door donkere materie. In deze stelsels "zien" we donkere materie aan het werk. Uit de nieuwe data blijkt dat de sterren bij voorkeur in langgerekte banen bewegen. Dat is consistent met een verdeling van donkere materie waarbij de dichtheid groeit richting centrum, in plaats van afneemt. Precies wat wordt voorspeld door simulaties op basis van het standaard kosmologische Cold Dark Matter-scenario.'

Billion star mapper

De data komen uit de eerste Gaia-dataset; de tweede zal in april 2018 worden gepubliceerd. Volgens de Leidse astronoom Anthony Brown (coauteur en leider van het Gaia-data-analyseconsortium DPAC) kan de tweede Gaia-dataset worden gebruikt om de beweging van Sculptor en andere dwergstelsels rond de Melkweg in ongekende nauwkeurigheid te meten. Afgelopen week heeft ESA de Gaia-missie met 18 maanden verlengd, waardoor de billion star mapper nog tot zeker eind 2020 operationeel blijft.

bron: astronomie.nl
beeld: het Sculptor-dwergsterrenstelsel, credit: ESO/Digitized Sky Survey 2