Eerste sterrenstroom van een bolhoop ontdekt buiten de Melkweg

Waar het werd gevonden: het ultra-diffuse sterrenstelsel UGC 9050-Dw1

De stroom bevindt zich in UGC 9050-Dw1, een ultra-diffuus sterrenstelsel (UDG) – een type flauw dwergstelsel met een lage oppervlaktehelderheid . Van UDG's wordt aangenomen dat ze extreem rijk zijn aan donkere materie, wat ze tot ideale objecten maakt om die substantie te bestuderen .

• Gaststelsel: UGC 9050-Dw1
• Afstand: ~115 miljoen lichtjaar (35,2 megaparsec) van de aarde
• Onzekerheid in afstandsmeting: 35,2 ± 2,5 Mpc

Hoe het werd geïdentificeerd: archief-Hubble-data + een frisse blik

De stroom was zo zwak dat standaardonderzoeken hem volledig misten. De doorbraak kwam toen een team onder leiding van promovenda Julie Kiel Holm (Niels Bohr Instituut) en universitair hoofddocent Sarah Pearson (DTU Space) archiefbeelden van de Hubble Ruimtetelescoop opnieuw analyseerde met geavanceerde verwerkingstechnieken .

Wat ze vonden was een extreem dunne, gekromde structuur die zich ongeveer 2 kiloparsec (ruwweg 6.500 lichtjaar) uitstrekt vanuit een compacte bolhoopkandidaat . De smalle, langgerekte vorm en de uitlijning met de overlevende hoop bevestigden dat het om een getijdensterrenstroom ging – sterren die door de zwaartekracht van het gaststelsel worden losgetrokken .

De stroom kreeg de naam Oyashio, naar een koude zeestroom in de noordelijke Stille Oceaan, in navolging van de conventie om extragalactische stromen naar zeestromen te vernoemen .

Waarom Oyashio ertoe doet: een nieuw venster op donkere materie

Een sterrenstroom is als een kosmisch kruimelspoor. Omdat alle sterren in de stroom vrijwel dezelfde baan volgen, geeft de vorm, breedte en kromming van de stroom direct het totale zwaartekrachtsveld van het gaststelsel weer . Astronomen kunnen die baan modelleren om de massaverdeling van het sterrenstelsel te meten – inclusief de onzichtbare component van donkere materie.

• Eerste extragalactische toepassing: Honderden bolhoopstromen zijn bekend in de Melkweg en zijn gebruikt om de donkere-materie halo van ons eigen sterrenstelsel in kaart te brengen. Oyashio bewijst dat deze techniek ook werkt voor sterrenstelsels ver buiten het onze .
• Testen van donkere-materie-rijke UDG's: Van ultra-diffuse sterrenstelsels zoals UGC 9050-Dw1 wordt aangenomen dat ze worden gedomineerd door donkere materie. Oyashio biedt een directe, kwantitatieve manier om te testen hoeveel donkere materie het sterrenstelsel bevat en hoe die is verdeeld, wat nieuwe beperkingen oplegt aan modellen van melkwegvorming .
• Generatieve stroommodellering: Het team gebruikte dynamische modellen die direct op de vorm van de stroom werden gepast om de massa van de voorouderlijke bolhoop te bepalen en de eerste op een stroom gebaseerde halo-beperking voor een ultra-diffuus sterrenstelsel te leveren .

Zoals astrofysicus Tjitske Starkenburg van de Northwestern University, co-auteur van de studie, uitlegde: "De sterren in een sterrenstroom reizen allemaal langs vrijwel dezelfde baan, en die baan wordt gevormd door de zwaartekracht van het sterrenstelsel." Door die zwaartekracht te modelleren, schatten onderzoekers de totale massa van het sterrenstelsel en, cruciaal, hoeveel van die massa uit donkere materie bestaat .

Wat gaat er nu gebeuren

Oyashio is nog maar het begin. Astronomen verwachten dat er nog veel meer extragalactische sterrenstromen ontdekt kunnen worden in bestaande en toekomstige telescooparchieven – vooral met de James Webb Ruimtetelescoop en volgende generatie observatoria. Elke nieuwe stroom biedt een nieuwe kans om de onzichtbare massa te wegen die sterrenstelsels vormgeeft .

"We hebben een sterrenstroom van een bolhoop ontdekt in een ander sterrenstelsel. Dit is de eerste keer dat zo'n stroom is waargenomen buiten ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg, wat de ontdekking extra bijzonder maakt," zei Holm .