Vorming van het zonnestelsel kan zijn veroorzaakt door galactische botsing

Astronomen weten dat Sagittarius herhaaldelijk door de schijf van de Melkweg slaat, omdat zijn baan rond de kern van het melkwegstelsel door de zwaartekracht vernauwt. Eerdere studies suggereerden dat Sagittarius, een zogenaamd dwermelkwegstelsel, een diepgaand effect heeft gehad op de manier waarop sterren in de Melkweg bewegen. Sommigen beweren zelfs dat de 10.000 keer grotere spiraalvormige structuur van de Melkweg het gevolg zou kunnen zijn van minstens drie bekende botsingen met Sagittarius in de afgelopen zes miljard jaar.

Een nieuwe studie, gebaseerd op ESA’s Gaia, toonde voor de eerste keer dat de invloed van Sagittarius op de Melkweg misschien wel ingrijpender is. De rimpelingen veroorzaakt door botsingen lijken grote stervormige verschijnselen te hebben veroorzaakt, waarvan er één ongeveer samenviel met de tijdsduur van de vorming van de zon circa 4,7 miljard jaar geleden. 

“Zes bestaande modellen hebben aangetoond dat Sagittarius drie keer door de Melkweg heen is geslagen – de eerste keer was ongeveer vijf of zes miljard jaar geleden, vervolgens circa 2 miljard jaar geleden en de laatste keer één miljard jaar geleden,” zegt Tomás Ruiz-Lara, een onderzoeker in de astrofysica aan het Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) in Tenerife (Spanje) en hoofdauteur van de nieuwe studie gepubliceerd in Nature Astronomy.

“Uit de Gaia-gegevens over de Melkweg hebben we drie perioden van toegenomen sterformatie opgemerkt welke 5,7 miljard jaar, 1,9 miljard jaar en 1 miljard jaar geleden een hoogtepunt kenden, in dezelfde periode waarvan wordt aangenomen dat Sagittarius de schijf van de Melkweg passeerde.”

Rimpelingen op het water

De onderzoekers bekeken lichtomstandigheden, afstanden en kleuren van sterren binnen een sfeer van circa 6500 lichtjaren rondom de zon en vergeleken deze data met bestaande stellaire evolutiemodellen. Volgens Tomás, is de notie dat het dwergsterrenstelsel een dergelijk effect zou kunnen hebben gehad vrij logisch.

“In het begin is er een sterrenstelsel, de Melkweg, welke relatief rustig is,” zegt Tomás. “Na een aanvankelijk gewelddadig tijdperk van stervorming, gedeeltelijk veroorzaakt door een eerdere fusie zoals we hebben beschreven in een vorige studie, heeft de Melkweg een evenwichtige balans bereikt waarin de sterren zich gestaag vormden. Plotseling slaat Sagittarius door de Melkweg en verstoort het evenwicht, waardoor al het eerdere stilstaande gas en stof in het grotere Melkwegstelsel als rimpelingen op het water bewegen.”

In sommige gebieden van de Melkweg, zouden deze rimpelingen tot hogere concentraties stof en gas leiden, terwijl andere gebieden leeglopen. De hoge dichtheid van het materiaal in die gebieden zou dan de vorming van nieuwe sterren in gang zetten. 

“Het lijkt erop dat Sagittarius niet alleen de structuur heeft gevormd en de dynamiek heeft beïnvloed van hoe sterren bewegen in de Melkweg, maar ook heeft geleid tot een uitbreiding van de Melkweg,” zegt Carme Gallart, co-auteur van het artikel, ook van het IAC. “Het lijkt erop dat een aanzienlijk deel van de stermassa van de Melkweg werd gevormd vanwege de interacties met Sagittarius en anders niet zou hebben bestaan.”

De geboorte van de zon

Het is eigenlijk mogelijk dat zelfs de zon en haar planeten niet zouden hebben bestaan als de Sagittarius-dwerg niet vast was komen te zitten door de gravitationele trekkracht van de Melkweg en uiteindelijke door de schijf was geslagen.

“De zon werd gevormd toen sterren zich vormden in de Melkweg als gevolg van de eerste doortocht van Sagittarius,” zegt Carme. “We weten niet of de specifieke wolk van gas en stof die in de zon is veranderd instortte vanwege de invloed van Sagittarius. Dit is echter een mogelijk scenario omdat de leeftijd van de zon overeenkomt met een ster die is gevormd als gevolg van de invloed van Sagittarius.”

Bij elke botsing werd Sagittarius beetje bij beetje ontdaan van gas en stof, waardoor het Melkwegstelsel na elke doorgang kleiner werd. Bestaande gegevens suggereren dat Sagittarius vrij recentelijk, in de laatste paar honderd miljoen jaar, weer de schijf van de Melkweg passeerde en nu heel dicht in de buurt komt. In feite vond de nieuwe studie een recente breuk van stervorming, welke een mogelijke nieuwe en voortdurende golf van stellaire geboorte suggereert.

Volgens ESA’s Gaia-projectwetenschapper Timo Prusti, zouden dergelijke gedetailleerde inzichten in de geschiedenis van de stervorming van de Melkweg niet mogelijk zijn vóór Gaia, de stertelescoop die eind 2013 is gelanceerd, waarvan de twee data-vrijgaven in 2016 en 2018 een revolutie teweegbrachten in de studie van de Melkweg.

“Sommige bevindingen in de geschiedenis van stervorming in de Melkweg bestonden al eerder op basis van gegevens van ESA's Hipparcos-missie begin jaren '90,” zegt Timo. “Deze observaties waren echter gericht op de directe omgeving van de zon, waardoor de uitbarstingen in stervorming niet konden worden blootgelegd.”

“Dit is feitelijk de eerste keer dat we een gedetailleerde stervormingsgeschiedenis van de Melkweg zien. Het is een bewijs van de wetenschappelijke kracht van Gaia die we in een periode van slechts een paar jaar steeds weer hebben zien manifesteren in talloze baankbrekende studies.”

Meer informatie:

“The recurrent impact of the Sagittarius dwarf on the Milky Way star formation history” door T. Ruiz-Lara en anderen is gepubliceerd in Nature Astronomy.

Voor meer informatie, gelieve contact op te nemen met:

Tomás Ruiz-Lara
Instituto de Astrofísica de Canarias
San Cristóbal de La Laguna, Tenerife, Spanje
E-mail: tomasruizlara@gmail.com

Carme Gallart
Instituto de Astrofísica de Canarias
San Cristóbal de La Laguna, Tenerife, Spanje
E-mail: carme.gallart@iac.es

ESA Media Relations
E-mail: media@esa.int