Ruimtetelescoop JWST leest snelheid af van piepoude 'mislukte sterren'

Diep in onze Melkweg zweven objecten die net niet zwaar genoeg waren om een ster te worden: bruine dwergen. Het zijn koele, donkere bollen gas, te licht om zelf te gaan branden. Toch vertellen ze een verrassend gedetailleerd verhaal over hoe onze Melkweg ooit is ontstaan. Met de ruimtetelescoop James Webb (JWST) is dat verhaal nu voor het eerst goed te lezen.

Een team astronomen onderzocht 23 van deze bruine dwergen. Het bijzondere: het gaat om extreem metaalarme exemplaren. In de sterrenkunde betekent 'metaalarm' dat een object weinig zware elementen bevat, dus alles zwaarder dan waterstof en helium. Zulke objecten zijn vaak miljarden jaren oud. Ze ontstonden toen het heelal nog niet vol zat met de zware elementen die latere generaties sterren wel meekregen.

Snelheid als tijdmachine

Om te snappen hoe de Melkweg is opgebouwd, kijken astronomen normaal naar de snelheid en beweging van sterren. Die snelheden verraden uit welke 'bouwgroep' een ster afkomstig is: het platte binnenste deel van de Melkweg (de dunne schijf), een dikkere, oudere schijf eromheen, of de wijde, bolvormige halo van heel oude sterren. Bij bruine dwergen was dit soort snelheidsmeting tot nu toe vrijwel onmogelijk. Ze zijn te zwak en te koel voor de meeste instrumenten.

Met JWST lukte dit voor het eerst wel. De onderzoekers keken naar een specifiek stukje licht, uitgezonden door koolmonoxide-moleculen in de atmosfeer van deze bruine dwergen, rond een golflengte van 4,5 micrometer (ver buiten wat het menselijk oog kan zien). Door piepkleine verschuivingen in dat licht te meten, konden ze de snelheid van elke bruine dwerg bepalen waarmee die door de ruimte beweegt.

De metingen zijn nauwkeurig tot op 5 kilometer per seconde. Dat klinkt misschien niet extreem precies, maar voor dit soort zwakke, koele objecten is het een doorbraak. Het is voor het eerst dat dit op deze schaal lukt.

Sporen van een oude botsing

Een van de bruine dwergen, met de naam WISE J155349.98+693355.2, blijkt waarschijnlijk afkomstig te zijn van Gaia-Enceladus. Dat was een kleinere sterrenstelsel die zo'n acht tot tien miljard jaar geleden frontaal botste met onze jonge Melkweg en er grotendeels in opging. Die botsing heeft de vorm van onze Melkweg mee bepaald. Een tweede bruine dwerg, 2MASS J05325346+8246465, lijkt verbonden met een andere oude 'stroom' van sterren, genaamd Thamnos.

Zo'n botsing met Gaia-Enceladus is geen nieuw idee: die is al eerder ontdekt via gewone sterren. Wat nieuw is, is dat je nu ook bruine dwergen aan zulke gebeurtenissen kunt koppelen. Dat opent de deur naar veel meer van dit soort archeologisch onderzoek in onze sterrenstelsel.

Toch is de belangrijkste winst van dit onderzoek niet zozeer deze twee individuele gevallen, maar de methode zelf. De onderzoekers laten zien dat JWST betrouwbaar de snelheid én de chemische samenstelling van bruine dwergen kan meten. Dat is precies wat nodig is om de geschiedenis van onze Melkweg verder te ontrafelen, via objecten die tot nu toe grotendeels buiten beeld bleven.

Bron: Metal-poor Brown Dwarf Kinematics from JWST NIRSpec Spectroscopy