Revolutie in de sterrenkunde door nieuwe metingen

De Gaia satelliet maakt de nauwkeurigste driedimensionale kaart van de Melkweg en naburige stelsels tot nu toe. En volgens RUG-hoogleraar sterrenkunde Amina Helmi zal de tweede dataset die de Europese Gaia-missie heeft vrijgegeven een enorme impact hebben op de sterrenkunde; van kennis over het zonnestelsel tot Donkere Materie en kosmologische modellen. Professor dr. Helmi is hoofdauteur van een van de zes artikelen die de kwaliteit van de nieuwe gegevens beschrijven en enkele eerste analyses presenteren. De artikelen zijn woensdag 25 april tegelijk met de nieuwe gegevens gepubliceerd.

‘Deze nieuwe set gegevens is fantastisch, echt spectaculair’, zegt Helmi met een brede lach. ‘De toename in kwantiteit en kwaliteit is enorm. Nieuwe missies leveren doorgaans een verbetering op met een factor tien tot vijftig, maar nu is dat eerder een factor honderd tot duizend.’

Helmi heeft al enkele maanden toegang gehad tot de nieuwe gegevens, omdat ze betrokken is bij de kwaliteitscontrole. ‘Sterrenkundigen mochten voorstellen indienen om die controle te combineren met een eerste, oppervlakkige wetenschappelijke analyse waaruit de mogelijkheden van de gegevens zouden blijken. Mijn voorstel is geaccepteerd, samen met vijf andere.’ Tijdens de controleperiode zijn er ook systemen gebouwd om de data toegankelijk te maken, waaronder complexe software om de informatie te verbeteren en inzichtelijk te maken. Hiermee kunnen sterrenkundigen uit de ruwe data bruikbare metingen halen met goede schattingen van de foutmarges. Ook zijn hierdoor systematische fouten uitgefilterd. Deze enorme taak is door ongeveer vijfhonderd wetenschappers en ingenieurs verricht.

Beweging

De kwaliteit van de nieuwe gegevens is veel hoger dan die van de eerste dataset uit september 2016. ‘Gaia meet de beweging van sterren’, legt Helmi uit. ‘Dit gebeurt door de positie van een ster herhaaldelijk zeer nauwkeurig te meten, met lange tussenpozen. Het gaat namelijk om kleine verplaatsingen. Maar in de eerste dataset konden we de posities alleen vergelijken met metingen van eerdere missies, van ruim twintig jaar geleden.’ Nu zijn er 22 maanden van Gaia observaties beschikbaar, genoeg om beweging te zien bij herhaalde metingen. Omdat alle metingen nu met hetzelfde, moderne instrument zijn gemaakt, is de nauwkeurigheid enorm veel groter.

Tijdens de kwaliteitscontrole mochten Helmi en haar collega’s onderzoek doen, maar echt diepgaande analyses waren nog niet toegestaan – daarmee moesten ze wachten totdat iedereen toegang heeft. ‘Maar de gegevens zijn zo mooi dat je al conclusies kunt trekken door ze gewoon in een figuur uit te zetten.’ Helmi onderzoekt zelf de beweging van sterren in de Melkweg en de satellieten die er omheen draaien. ‘Dat zijn een aantal kleine sterrenstelsels en enkele bolvormige sterhopen. Door hun beweging te analyseren kunnen we de baan die ze gevolgd hebben reconstrueren. Dat vertelt ons iets over hun verleden.’ Een zelfde analyse is te maken voor sterren binnen de Melkweg.

De nieuwe gegevens laten bijvoorbeeld twee satellietstelsels zien die dezelfde baan volgen. Dit wijst er op dat ze dezelfde oorsprong hebben. Daarnaast heeft de verdeling van de massa in vooral de halo rond de Melkweg invloed op de baan van satellietstelsels. ‘We kunnen die massaverdeling in de Melkweg nu beter schatten in de halo, waar donkere materie domineert en dus de beweging van sterren en satellietstelsels bepaalt. Hierdoor krijgen we meer inzicht in de aard van donkere materie en kunnen we testen of de zwaartekrachtwet aanpassing behoeft.’

Helmi-stroom

De beweging van sterren in de Melkweg vertelt ons ook iets over hun oorsprong. Opnieuw is uit een gedeelde baan een gedeelde geschiedenis af te leiden. Dat is wat Helmi al tijdens haar promotieonderzoek deed, toen ze dertien sterren ontdekte die van dezelfde locatie afkomstig moesten zijn. ‘In 1999 liet ik zien dat ze de overblijfselen zijn van een dwerg-sterrenstelsel dat door de Melkweg is opgeslokt.’ Deze sterren kregen de naam Helmi-stroom.

‘Het fascinerende is dat in de nieuwe gegevens nog meer sterren uit die stroom zijn gevonden. In een klein stukje van de hemel zijn al dertig nieuwe sterren gezien die bij de Helmi-stroom horen, dus vermoedelijk zijn er meer dan duizend in de hele Melkweg.’ Deze ontdekking is niet door Helmi zelf gedaan, maar door een collega die samen met haar werkte aan het artikel dat tegelijk met de nieuwe dataset verschijnt, in het tijdschrift Astronomy & Astrophysiscs.

Teamwork

De afgelopen maanden waren extreem druk, vertelt Helmi: ‘Het artikel dat nu is gepubliceerd moest op tijd klaar zijn, daar is hard voor gewerkt. Ik ben erg trots op de samenwerking binnen het team.’ Het artikel waarvan zij de hoofdauteur is telt een paar honderd mede-auteurs. ‘De meesten hebben gewerkt aan de systemen voor distributie en analyse van de data. De kerngroep voor de wetenschappelijke analyse bestond uit pakweg vijftien personen, waarvan er drie daadwerkelijk het artikel hebben geschreven.’

En de komende weken wordt het nog drukker: nu heeft immers de hele astronomische gemeenschap toegang tot de gegevens van Gaia, dus iedereen buitelt over elkaar heen om er resultaten uit te halen en die te publiceren. ‘De komende weken zullen mijn postdocs en promovendi erg druk zijn. Ik verwacht een aantal artikelen voor de zomer’, zegt Helmi, nog steeds met een brede lach. Ze is zeker dat de nieuwe gegevens van Gaia over de beweging van sterren, sterrenhopen en sterrenstelsels, maar ook asteroïden in ons eigen zonnestelsel, een enorme impact zullen hebben. ‘Dit is een uniek moment in de sterrenkunde. Zelfs een van de beoordelaars van ons artikel schreef hoe bijzonder het voelde om iets bij te dragen aan zo’n revolutie.’

Meer informatie

Amina Helmi: https://www.rug.nl/staff/a.helmi/

Officiële webpagina voor de tweede datarelease van Gaia: https://gea.esac.esa.int/archive/

Lees het artikel in de National Geographic.

Zie ook onze berichten over de eerste data-release:
Nieuwe kaart Melkweg doet sterrenkundigen watertanden
Doldwaze Datadagen voor sterrenkundigen
Astronomen watertanden bij ‘doos vol bonbons’