Sterrenstelsels en melkwegstelsels :: Astronomie

Sterrenstelsels en melkwegstelsels

Geplaatst door Bert Carrein - Laatst gewijzigd op 27 augustus 2010

Een sterrenstelsel — ook wel melkwegstelsel genoemd — is een familie van miljarden sterren die door de zwaartekracht in de ruimte bij elkaar worden gehouden. De stelsels zijn niet gelijkmatig over het heelal verdeeld. Ze bevinden zich grotendeels in groepen of strengen bij elkaar. Sommige maken deel uit van grote families of 'clusters' van duizenden stelsels. Vele clusters vormen nog grotere verbanden, de zogenaamde 'superclusters'. Een supercluster bevat meestal zo'n 12 clusters van stelsels en heeft een doorsnee van honderden miljoenen lichtjaar.

De Virgo Cluster

Dit is een deel van de Virgo Cluster, een familie van duizenden melkwegstelsels op 50 miljoen lichtjaar afstand van ons. De twee helderste stelsels op de foto zijn M86 (midden) en M84 (rechtsboven). M87, het grootste stelsel van de Virgo cluster houdt door middel van zijn enorme zwaartekracht de cluster bijeen (niet afgebeeld).

Onze omgeving

De Melkweg — ons stelsel — behoort tot een over gebied van 3 miljoen lichtjaar verstrooide cluster van 30 stelsels die de 'Lokale Groep' wordt genoemd. Dit is maar een kleine cluster: veel cluster bestaan uit honderden of zelfs duizenden stelsels. Bijna alle stelsels in de Lokale Groep zijn dwergstelsels. Ze zijn vaak erg zwak en werden pas kortgeleden ontdekt. De Lokale Groep ligt dicht aan de rand van een familie van ongeveer 400 clusters, die samen de 'Lokale Supercluster' vormen.

In de Lokale Groep zich 3 grotere bekende stelsels buiten onze eigen Melkweg, Het Andromedastelsel, de grootste van de drie, M33 en de Grote Magelhaense Wolk.

Het Andomedastelsel.

Bewegende stelsels

Door te meten hoe ver de diverse sterrenstelsels van ons af liggen kunnen we veel te weten komen over de huidige opbouw van het heelal. Maar om te weten hoe het er in de toekomst uit zal zien, moeten we weten hoe de stelsels zich verplaatsen.

Uit gegevens over de afstanden snelheden van veel clusters kunnen we afleiden hoe verder een cluster weg is, hoe sneller hij zich van de Melkweg verwijdert. Een van de bewijzen voor de oerknal is het feit dat de stelsels wegvliegen als na een enorme explosie. De stelsels bewegen zich echter niet door de ruimte: de ruimte zelf breidt zich uit doordat het heelal steeds verder uitdijt.

De zwaartekracht tussen de stelsels vertraagt het uitdijen van het heelal. Astronomen vroegen zich wel af of de zwaartekracht uiteindelijk niet het heelal weer zou laten inkrimpen, maar waarnemingen met de sterkste telescopen wijzen er nu op dat het heelal altijd zal blijven uitdijen.

Edwin Hubble

Edwin Hubble (1889-1953) was een van de grootste astronomen van de 20e eeuw. Hij onderscheidde individuele sterren in het M33-stelselen toonde aan dat M33 een sterrenstelsel is dat buiten onze Melkweg ligt. Vervolgens toonde Hubble aan dat de stelsels zich van elkaar af bewegen.

Wanneer een stelsel naar ons toe of van ons af beweegt, lijkt het licht ervan een andere kleur te krijgen. Een verder wegdrijvend stelsel lijkt roder: we spreken dan van roodverschuiving. Een op ons afkomend stelsel lijkt blauwer: in dat geval spreken we van blauwverschuiving. De kleurverandering heeft het Doppler-effect.

Dankzij dit effect mat Hubble de snelheden van de stelsels en deed hij de verbluffende ontdekking dat hoe verder een stelsel weg is, hoe sneller het zich van ons verplaatst. Zodoende stelde hij een verband vast tussen de snelheid en de afstand van een stelsel. Dit verband wordt nu de wet van Hubble genoemd. Er blijkt uit dat het heelal steeds groter wordt.

De Grote Magelhaense Wolk

Dit middelgrote stelsel hoort bij de Lokale Groep en is een satelliet-stelsel van de Melkweg. Het draait rond de Melkweg. De Grote Magelhaense Wolk doet ruim 2 miljard jaar over een omwenteling en ligt op een afstand van 165 000 lichtjaar van ons. Dit stelsel bevat ongeveer 20 miljard sterren.

Soorten sterrenstelsels

Er zijn in het heelal sterrenstelsels in allerlei grootten en vormen. Sommige stelsels zijn zwak, andere geven enorm veel licht en warmte af. Alle stelsels zijn verzamelingen van sterren. Vele bevatten ook gas- en stofwolken. De kleinste stelsels tellen slechts enkele miljoenen sterren en meten enkele duizenden lichtjaar. De grootste hebben vele miljarden sterren en een doorsnee van honderdduizenden lichtjaren. Met het blote oog zijn voor ons slechts drie stelsels zichtbaar als vage, nevelige lichtvlekken. Maar met een grote telescoop zijn er miljarden te zien. In een stuk hemel ter grootte van een volle maan liggen duizenden stelsels.

Verschillende vormen

De meeste melkwegstelsels zijn elliptisch van vorm, net als een rugbybal. Grote elliptische stelsels tellen tien keer zoveel sterren als onze Melkweg, maar zijn behoorlijk schaars. De meeste elliptische stelsels zijn juist klein en bevatten maar een paar miljoen sterren.

Spiraalstelsels zijn groter en helderder dan kleine elliptische stelsels. Ze bevatten een miljard tot een biljoen sterren en hebben meestal twee spiraalarmen die ontspringen uit een uitstulpende kern. De armen kunnen er strak of juist open uitzien. Omdat het stelsel langzaam rond zijn kern wentelt, lijken de armen er achteraan te slepen. Hoe we een spiraalstelsel zien, wordt bepaald door onze gezichtshoek. Van bovenaf gekeken zijn de spiraalarmen te zien, vanaf de zijkant zijn de de centrale uitstulping en vaak een donkere stofveeg.

Ruim een derde van alle sterrenstelsels is onregelmatig van vorm. Deze stelsels zijn meestal kleiner dan spiraalstelsels en bevatten veel gas. Sommige van deze onregelmatige stelsels zijn vervormd door de zwaartekracht van een ander, naburig stelsel.

Indeling van stelsels

De grondvorm van een sterrenstelsel wordt door astronomen aangeduid met een simpele code. 'E' staat voor een elliptisch stelsel, 'S' voor een spiraalstelsel. Een ellips krijgt een nummer voor zijn mate van vlakheid. Zo heeft 'E0' een bolvorm, 'E2' open een citroen en 'E7' op een dik sigaartje. 'Sa' staat voor een spiraalstelsel met strakke armen, 'Sb' en 'Sc' voor opener armen. De armen van sommige spiralen lijken uit een balk in de kern te komen. Hun code luidt 'SB'.

astronomie sterrenkunde ruimtevaart nieuws

Spiraalstelsel NGC 2997

Dit stelsel lijkt op onze Melkweg. In de twee vanuit het middelpunt ontspringende spiraalarmen zitten jonge sterren, gaswolken en stofstrengen.

Spiraalstelsel M65

Dit is een gewoon spiraalstelsel in zijaanzicht. Dichte stofwolken in de spiraalarmen vormen een donkere lijn langs de schijf.

Balkspiraalstelsel NGC 1365

Bij ongeveer een derde van alle spiralen ontspringen de armen uit een balk van sterren en niet direct uit de kern.

Elliptisch stelsel M87

Dit reusachtige elliptische stelsel van type E0 heeft evenveel massa als 10 miljard miljard zonnen.

astronomie sterrenkunde ruimtevaart nieuws

Onregelmatig stelsel NGC 1313

Door een aantal recent ontstane sterren is in dit stelsel de spiraalvorm verstoord.

astronomie sterrenkunde ruimtevaart nieuws

Botsende stelsels

In dichte clusters van sterrenstelsels kan het voorkomen dat individuele stelsels te dicht bij elkaar komen en dan op elkaar botsen. Het duurt miljoenen jaren voor het zover komt. De zwaartekracht van de stelsels vervormt de schijven en de spiraalarmen en kan lange strengen diep de ruimte injagen. Dat sterren zelf op elkaar botsen is onwaarschijnlijk, omdat de tussenruimten tussen de sterren veel groter zijn dan de sterren zelf. Botsende gaswolken worden samengeperst, zodat er sneller nieuwe sterren ontstaan.

Dit stelsel (linksboven) is het resultaat van een botsing tussen twee stelsels. Omdat de stelsels niet massief zijn, werden ze door elkaars zwaartekracht vervormd. De sterren in beide stelsels worden in nieuwe banen gesloten. Het resultaat zijn de Antenne-stelsels. Ze hebben twee lange stersporen voortgebracht, die lijken op de voelsprieten van een insect.

Actieve sterrenstelsels

Het licht van gewone melkwegstelsels is meestal afkomstig van hun sterren. Maar sommige stelsels vormen op nog een andere manier licht en worden daardoor buitengewoon helder. Deze 'actieve' stelsels brengen in hun kern enorm veel energie voort, waarschijnlijk door toedoen van grote zwarte gaten.

De kernen van de helderste actieve stelsels zijn quasars, de hemellichamen met de allermeeste energie in het heelal. Omdat stelsels met quasars honderden keren helderder zijn dan gewone stelsels, zijn ze van veel grotere afstand zichtbaar. In radio-sterrenstelsels komt veel energie terecht in enorme wolken, die sterke radiogolven uitzenden.

Radio-sterrenstelsels

Ongeveer 60 jaar geleden ontdekten astronomen voor het eerst actieve sterrenstelsels. De sterrenkundigen onderzochten verschillende soorten energie van hemellichamen en raakten flink van hun stuk toen bleek dat sommige verre stelsels veel meer radio-energie dan zichtbaar licht uitzenden. Deze actieve stelsels worden daarom radiostelsels genoemd.

Een typisch radiostelsel heeft meestal twee enorme wolken materie die ver buiten het hoofdstelsel liggen. De wolken zien eruit of ze naar beide kanten van het stelsels zijn geslagen. De meeste radiogolven zijn afkomstig uit deze wolken, niet uit het stelsel zelf.

astronomie sterrenkunde ruimtevaart nieuws

De langwerpige kleurvlekken aan weerszijden van van stelsel NGC 4261 (linksboven) laten zien waar stralen uit de kern van het stelsel veel energie in de vorm van radiogolven afgeven. Dichtbij de kern (rechtsboven) wervelt een gasschijf met een doorsnee van 300 lichtjaar rond een felle kern. Deze opname van de Hubble-ruimtetelescoop geeft aan dat zich hier een zwart gat bevindt met miljoenen keren meer massa dan de Zon.

Quasars

40 jaar geleden ontdekten astronomen voor het eerst quasars. Vele quasars, maar niet alle, zenden radiogolven uit. Het zichtbare licht van een quasar is echter het belangrijkst. Door een telescoop oogt een quasar als een heldere ster, maar het is de kern van een sterrenstelsel dat minstens 100 keer zo helder is als een gewoon stelsel. Het stelsel rond de quasar is meestal te zwak om zichtbaar te zijn. Al het extra licht komt uit de kern.

Op afbeeldingen van quasars en radiostelsels zijn soms twee felle, smalle licht- en energiestralen te zien, die uit beide kanten van het centrum komen.

Kracht in de kern

Actieve sterrenstelsels, zoals radiostelsels en stelsels die quasars bevatten, brengen veel meer energie voort dan hun sterren kunnen opwekken. Behalve de stralen is er nog iets spectaculairs aan de hand. In veel actieve sterrenstelsels wervelt materie met enorme snelheid rond de kern. Soms is ook een pannenkoekvorm van heet gas te zien, die rond de kern draait. Men denkt daarom dat deze stelsels grote zwarte gaten bevatten. Zo'n zwart gat in het midden van het melkwegstelsel zuigt alle materie op, sterren en gas inbegrepen. Terwijl de materie in het gas verdwijnt, tolt een deel er in een schijf omheen. Een deel van de materie kaatst terug en vormt de heldere stralen (jets) boven en onder de schijf.

Het zwarte gat in de kern trekt door zijn zwaartekracht materie naar zich toe. Terwijl sterren en gas in het gat storten, komt enorm veel energie vrij. In de krachtigste stelsels heeft het zwarte gat een massa die miljarden malen groter is dan de massa van de Zon.

Wat is een zwart gat?

Een zwart gat is een gebied in de ruimte met een zo hoge zwaartekracht dat niets eraan kan ontkomen, zelfs licht niet. Om aan de aardse zwaartekracht, die je aan de grond houdt, te kunnen ontsnappen, moet je een snelheid van 11 km per seconde behalen. De zwaartekracht van de Zon is 30 zo groot als die van de Aarde: de ontsnappingssnelheid bedraagt daar 618 km/sec. Hoe sterker de zwaartekracht is, des te moeilijker je eraan kan ontsnappen. In een zwart gat is hij zo sterk, dat zelfs licht met 300 000 km/sec niet kan ontsnappen. En omdat er geen licht vandaan komt, oogt het zwarte gat zwart.

desterren.net

Astronomie