Uit nieuw onderzoek van astronomen blijkt dat de buitenrand van het gebied van de Melkweg dat verantwoordelijk is voor de geboorte van nieuwe sterren mogelijk dichter bij het centrum van de Melkweg ligt dan eerdere modellen voorspelden. Door nauwkeurig de leeftijd van meer dan 100.000 reuzensterren te bepalen heeft een internationaal onderzoeksteam voor het eerst duidelijk de ‘grens’ van de stervormingsschijf van de Melkweg gedefinieerd. Daarbij is gebleken dat het gebied waar recente stervormingsactiviteit plaatsvond zich niet zo ver uitstrekt als mensen hadden verwacht.

Bestaande evolutiemodellen van sterrenstelsels gaan er over het algemeen van uit dat nieuwe sterren geboren zullen worden in een ‘relais’ van de binnenkant naar de buitenkant van de schijf van een sterrenstelsel. Naarmate de afstand tot het galactische centrum toeneemt, zou de gemiddelde leeftijd van sterren geleidelijk kleiner moeten worden. Het team zag echter twee totaal verschillende leeftijdstrends in de observatiegegevens: in het binnenste schijfgebied van de Melkweg worden sterren jonger naarmate ze naar buiten bewegen; maar wanneer ze ongeveer 40.000 lichtjaar verwijderd zijn van het centrum van de Melkweg, keert deze trend plotseling om en worden de buitenste sterren ouder. Het resultaat is een "U"-vormige leeftijdscurve, waarbij de jongste sterren geconcentreerd zijn rond een bepaalde straal. Deze structuur wordt gezien als een duidelijke markering voor de buitenrand van de stervormingsschijf van de Melkweg.

Karl Fiteni, de eerste auteur van het artikel en astrofysicus aan de Universiteit van Insubria, zei dat hoe ver de stervormende schijf van de Melkweg zich uitstrekt altijd een open vraag is geweest in de ‘galactische archeologie’. Door nu de fijne verdeling van de sterleeftijd als functie van de straal in kaart te brengen, hebben onderzoekers eindelijk een kwantitatief en duidelijk antwoord gegeven. Bij het onderzoek werd gebruik gemaakt van twee belangrijke onderzoeksgegevens van sterren: LAMOST-DR3 en APOGEE-DR17, gecombineerd met afstandsschattingen van het AstroNN-neurale netwerk en zeer nauwkeurige astrometrische gegevens van Gaia. De steekproefselectie was voornamelijk beperkt tot sterren dichtbij het middenvlak van de galactische schijf en met zeer cirkelvormige banen om de intrinsieke eigenschappen van de schijf zelf zoveel mogelijk te benadrukken.

De onderzoekers combineerden de leeftijden van reuzensterren met numerieke simulatieresultaten om een ​​‘vingerafdruk’ te trekken van de leeftijd van sterren in de Melkweg als functie van de straal, waaruit duidelijk blijkt dat er een significante structurele grens is op ongeveer 35.000 tot 40.000 lichtjaar. Deze functie is zeer stabiel in verschillende onderzoeksgegevens en heeft niets te maken met de gebruikte dataset. De overeenkomstige straal komt ook in hoge mate overeen met de zogenaamde ‘breekstraal’, waarbij het sterdichtheidsprofiel in de schijf van sterrenstelsels duidelijk ‘gebroken’ is, wat wordt beschouwd als de fysieke rand van de stervormingsschijf.

Co-auteur Joseph Caruana, een astrofysicus aan de Universiteit van Malta, wees erop dat de zeer nauwkeurige gegevens over de leeftijd van sterren die vandaag beschikbaar zijn een krachtig hulpmiddel aan het worden zijn voor het interpreteren van de geschiedenis van de Melkweg, waardoor we een ‘nieuw tijdperk’ ingaan waarin we sterrenleeftijden gebruiken om de evolutiegeschiedenis van ons eigen sterrenstelsel te reconstrueren. Buiten deze schijfrand is de stervormingsactiviteit aanzienlijk afgenomen en blijft de massadichtheid van de schijf afnemen, maar waarnemingen onthullen nog steeds de aanwezigheid van een groot aantal sterren, wat een belangrijke vraag oproept: als er bijna geen nieuwe sterren meer worden gevormd in de buitenste schijf, hoe verschijnen deze sterren daar dan?

Het antwoord dat onderzoek geeft is 'radiale migratie'. Sterren kunnen langzaam naar buiten "drijven" in de galactische schijf. Dit proces wordt levendig vergeleken met het ‘surfen’ op de spiraalvormige golf van de galactische schijf: sterren zijn als surfers die de golven gebruiken om de kust te bereiken, de spiraalarmen grijpen die door de melkweg gaan en zichzelf begeleiden om geleidelijk hun geboorteplaats te verlaten en verder naar buiten te bewegen. Omdat deze migratie langzaam en willekeurig is, geldt: hoe verder weg, hoe langer het duurt voordat sterren hun migratie voltooien. Daarom worden sterren met de hoogste gemiddelde leeftijd verzameld aan de buitenste kant van het gebied, weg van het leeftijdsdal.

Waarnemingen en simulaties laten zien dat deze "breekradius" niet wordt veroorzaakt door statistische vertekeningen zoals veronderstelde verschillen in de positie van de zon of onvoldoende steekproefgroottes in andere onderzoeken, maar de echte fysieke grens is van de schijfstructuur van de Melkweg. Dit resultaat ondersteunt de opvatting dat de Melkweg een typisch schijfstelsel van type II (neerwaartse curve) is, dat wil zeggen dat buiten de breekradius het aantal sterren overvloediger is dan in het eenvoudige exponentiële schijfmodel. Aangenomen wordt dat deze structuur voortkomt uit de concurrentie tussen het afknotten van stervorming en radiale migratie, en een "U"-vormig evolutionair fossielenbestand achterlaat in de verdeling van de sterleeftijd.

Relevant onderzoek verfijnt niet alleen ons begrip van de vorming en evolutie van de Melkweg verder, maar biedt ook een belangrijke referentieregel voor het begrijpen van andere schijfstelsels. De relatief ‘stille’ buitenschijf van de Melkweg is in de traditionele visie nu opnieuw afgebeeld als een dynamisch gebied dat evolueert onder de gezamenlijke actie van radiale migratie, orbitale resonantie en geleidelijk afnemende stervorming. De complexe zwaartekrachtinteracties blijven deze ruimte in het sterrenstelsel hervormen, die ooit als ‘rand en saai’ werd beschouwd.