Een nieuwe schatting van de totale massa van ons Melkwegstelsel, gebaseerd op gegevens van de Europese astrometrische satelliet Gaia, komt uit op slechts tweehonderd miljard zonsmassa’s: vier tot vijf keer lager dan eerdere schattingen. Astronomen zoeken naar een verklaring (Astronomy and Astrophysics).
De nieuwe massabepaling is ontleend aan de derde datarelease van de Gaia-catalogus die in 2022 is gepubliceerd.
Deze catalogus bevat gedetailleerde gegevens over 1,8 miljard sterren en omvat alle drie de ruimtelijke componenten en drie snelheidscomponenten in een zesdimensionale ruimte binnen het Melkwegstelsel.
Met behulp van deze gegevens is het astronomen gelukt om de meest nauwkeurige rotatiekromme te construeren die ooit van een spiraalstelsel – in dit geval ons Melkwegstelsel – is verkregen, en daaruit zijn massa af te leiden. Vóór Gaia was het verkrijgen van een betrouwbare rotatiekromme voor onze Melkweg een lastige kwestie, omdat onze positie binnen dit stelsel het onmogelijk maakte om de bewegingen en ruimtelijke posities van sterren in de Melkwegschijf nauwkeurig te meten.
Volgens het nieuwe onderzoek is de rotatiekromme van ons Melkwegstelsel abnormaal: in tegenstelling tot die van andere grote spiraalstelsels is hij niet vlak.
Sterker nog, aan de rand van de Melkwegschijf vertoont de kromme een duidelijke daling – de zogeheten Kepleriaanse afname.
Dat laatste wijst erop dat er weinig donkere materie buiten de schijf van ons Melkwegstelsel aanwezig is.
En dat zou dan weer betekenen dat normale materie, in de vorm van sterren en koud gas, ongeveer een derde van de totale massa van het Melkwegstelsel voor zijn rekening neemt. Tot nu toe werd ervan uitgegaan dat de Melkweg minstens zes keer zoveel donkere als normale materie bevat.
De grote vraag is nu waarom de rotatiekromme van de Melkweg een Kepleriaanse afname vertoont, en die van de meeste andere grote spiraalstelsels in het heelal niet.
Wat maakt ons sterrenstelsel zo bijzonder? Een mogelijke verklaring is dat het Melkwegstelsel relatief weinig verstoringen heeft meegemaakt in de vorm van botsingen met andere sterrenstelsels.
De laatste grote ‘fusie’ met een soortgenoot vond ongeveer 9 miljard jaar geleden plaats, terwijl het gemiddelde voor andere spiraalstelsel bij 6 miljard jaar ligt. Dit geeft in ieder geval aan dat de rotatiekromme die voor de Melkweg is verkregen bijzonder nauwkeurig is, omdat deze niet wordt beïnvloed door de restanten van zo’n oude botsing. Een andere mogelijkheid zou het verschil in methodologie kunnen zijn.
Het meten van de rotatiekromme van een sterrenstelsel is niet eenvoudig.
Voor veel sterrenstelsels wordt deze kromme afgeleid uit waarnemingen van neutraal waterstofgas.
Voor ons Melkwegstelsel beschikken we dankzij Gaia over een hoogwaardige zesdimensionale dataset voor een groot aantal sterren, waarmee de rotatiecurve kan worden berekend. Mogelijk leidt dit verschil in methodologie tot onverwacht grote afwijkingen bij de bepaling van de hoeveelheden normale en donkere materie in een sterrenstelsel. (EE)
(Image Credit: Jiao, Hammer et al./Observatoire de Paris – PSL/CNRS/ESA/Gaia/ESO/S. Brunier)
