Nieuw onderzoek met de James Webb- en Hubble-ruimtetelescopen toont aan dat de sterrenhoop Terzan 5 niet één maar vier generaties sterren herbergt, wat hem tot een zeldzaam ‘bulge fossil fragment’ maakt: een overblijfsel uit de vroege bouw van onze Melkweg.
Terzan 5 is al jaren één van de meest raadselachtige objecten in de Melkweg. Wat ooit een gewone bolvormige sterrenhoop leek, blijkt bij nader inzien een kosmisch fossiel te zijn: een overblijfsel van de reusachtige gas- en stofklonten die miljarden jaren geleden de bouwstenen vormden van het centrum van ons sterrenstelsel. Dankzij de James Webb-ruimtetelescoop en archiefdata van Hubble hebben astronomen nu onthuld dat dit systeem maar liefst vier afzonderlijke generaties sterren herbergt – een ontdekking die ons begrip van de formatie van de Melkweg ingrijpend verandert.
Terzan 5: Van bolvormige sterrenhoop naar ‘bulge fossil fragment’
Bolvormige sterrenhopen zijn normaal gesproken eenvoudige structuren: bolvormige verzamelingen van honderdduizenden tot soms miljoenen oude sterren, allemaal ruwweg tegelijk gevormd en dicht opeen gepakt in een bol met een diameter van meestal minder dan driehonderd lichtjaar. De Melkweg herbergt ten minste 150 van deze hopen. Terzan 5 paste perfect in dat plaatje – totdat astronomen in 2009 ontdekten dat hij twee totaal verschillende sterrenpopulaties bevatte met verschillende ijzergehaltes. Dat is iets wat bij een normale bolvormige sterrenhoop niet hoort voor te komen.
Wat maakt Terzan 5 dan zo uitzonderlijk? Het antwoord ligt in zijn geschiedenis. Het systeem bevindt zich op slechts zo’n 6.500 lichtjaar van het centrum van de Melkweg, in een gebied dat zo dichtbezet en stoffig is dat zichtbaar licht er nauwelijks doorheen komt. De JWST kon met zijn infraroodsensors door dit stof heen kijken en een gedetailleerder beeld vastleggen dan ooit tevoren. Hubble leverde daarbij de cruciale precisie: door opnamen met een tijdsverschil van twaalf jaar te vergelijken, konden astronomen de eigenbewegingen van individuele sterren meten en zo onderscheiden welke sterren echt bij Terzan 5 horen en welke slechts toevallig in hetzelfde gezichtsveld staan.
Vier generaties sterren in één systeem
De nieuwe analyse, gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics onder leiding van Giorgia Zullo van de universiteit van Bologne, toont aan dat Terzan 5 zelfs vier generaties sterren bevat. De oudste component is 12,5 miljard jaar geleden ontstaan, kort na de oerknal en tegelijk met de vorming van de Melkweg zelf. Deze sterren zijn relatief ijzerarm. De tweede generatie volgde 4,7 miljard jaar geleden – ruwweg de tijd waarin ons zonnestelsel ook ontstond – en is aanzienlijk rijker aan metalen. Daarnaast vonden de onderzoekers aanwijzingen voor nog eens twee jongere sterrenpopulaties, van 3,8 miljard en 2,5 miljard jaar geleden.
Die opeenvolgende generaties wijzen op een bijzondere eigenschap: Terzan 5 was massief genoeg om de uitgestoten materialen van eerdere sterren, waaronder zware elementen die bij supernova-explosies werden gevormd, vast te houden. Lichtere systemen zouden die ejecta hebben verloren, maar Terzan 5 kon het gebruiken als brandstof voor nieuwe sterren. Dit proces van ‘zelfverrijking’ maakt hem tot wat astronomen nu een bulge fossil fragment noemen: een overblijfsel van één van de primordiale klonten waaruit ooit de centrale bult van de Melkweg is ontstaan.
Een tweede fossiel fragment: Liller 1
Terzan 5 is niet het enige bekende object van dit geheel nieuw type hemelobjecten. Liller 1, een ander massief systeem dat oorspronkelijk als bolvormige sterrenhoop werd geclassificeerd, vertoont opvallend veel gelijkenissen. Het bevindt zich nog dichter bij het centrum van de Melkweg en heeft eveneens meerdere sterrenpopulaties met uiteenlopende leeftijden en chemische samenstellingen. Ook Liller 1 herbergt een uitgebreide ‘blauwe pluim’ van relatief jonge sterren, wat duidt op een langdurige, meervoudige sterformatieactiviteit die vergelijkbaar is met die van Terzan 5. Deze twee systemen zijn tot dusver de enige bevestigde bulge fossil fragments, maar onderzoekers vermoeden dat er meer te vinden zijn tussen de veertig tot vijftig bolvormige hopen die in de bult van de Melkweg cirkelen.
Terzan 5 als venster op de vroege Melkweg
De ontdekking van vier stellaire generaties in Terzan 5 sluit alternatieve verklaringen uit. Eerder werd nog gedacht dat de jongere sterrenpopulatie het gevolg kon zijn van een toevallige botsing met een moleculaire wolk of een andere sterrenhoop, maar met vier opeenvolgende formatie-episodes is die mogelijkheid vrijwel uitgesloten. In plaats daarvan wijzen de bevindingen op een scenario waarin een reusachtige primordiale structuur in de vroege Melkweg, met een massa die vergelijkbaar is met die van een dwergstelsel, gedurende miljarden jaren in staat was om sterren te blijven vormen. Dit maakt Terzan 5 niet alleen tot een kosmisch fossiel, maar ook tot een uniek laboratorium voor het bestuderen van de vroege bouwfasen van spiraalstelsels zoals de onze.
