Melkweg

Uit Astrowiki
Versie door DaMatrix (Overleg | bijdragen) op 13 nov 2006 om 18:34

(wijz) ← Oudere versie | Huidige versie (wijz) | Nieuwere versie → (wijz)
Ga naar: navigatie, zoeken

De Melkweg (een vertaling van het Latijnse Via Lactea, op zijn beurt afkomstig van het Griekse Galaxias) is een balkspiraal sterrenstelsel en maakt deel uit van de Lokale Groep. Hoewel de Melkweg slechts één van de vele miljarden sterrenstelsels in het Universum is, heeft het een speciale betekenis voor de Mensheid aangezien ons zonnestelsel er deel van uitmaakt. De Melkweg is vanuit de gehele aarde te zien als een lichtsterke band aan de hemel, althans vanuit plekken met weinig lichtvervuiling. De term Melkweg vindt zijn oorsprong in de mistige band van wit licht die aan de aardse hemel zichtbaar is. De band bestaat in werkelijkheid uit de 'sterren en overig materiaal die zich in het galactisch vlak bevinden. De Melkweg is het helderst in het sterrenbeeld Boogschutter (Sagittarius), richting de galactische kern.

Vorm

De Melkweg bestaat uit drie componenten. Ten eerste heb je de schijf, een vlakke verzameling sterren, stof en gas met een diameter van 100.000 lichtjaar, een dikte van 1000 lichtjaar en een omtrek van 300.000 lichtjaar. De schijf bevat vele massieve, jonge sterren die in de vorm van een spiraal over het vlak van de Melkweg verspreidt zijn.

De spiraalstructuur is het gevolg van dichtheidsgolven in het gas. Deze golven hebben de vorm van een logaritmische spiraal en doen het gas in grote hoeveelheden samendrukken tot massieve, jonge sterren. Het is het heldere licht van deze sterren dat de spiraalarmen zichtbaar maakt. Toch bevinden zich tussen de spiraalarmen in net zo veel sterren als in de spiraalarmen zelf.

De schijf bevat veel gas en stof, waardoor er veel materiaal aanwezig is om nieuwe sterren te vormen. Nevels die te maken hebben met stervorming (de zogenaamde emissienevels en reflectienevels) komen derhalve alleen in de schijf voor, net als open sterrenclusters.

Om je een beeld te geven van de schaal van het geheel zou je in gedachten de Melkweg moeten verkleinen tot een diameter van 130 kilometer. Ons gehele zonnestelsel zou dan slechts 2 mm groot zijn! De schijf is aan de buitenste rand licht misvormd als gevolg van de zwaartekracht van twee satellietstelsels van de Melkweg: de Grote en Kleine Magelhaanse Wolken.

Het tweede component wordt gevormd door de centrale bobbel (bulge). Dit is een verzameling van meest oude sterren, met een vorm zoals dat van een rugbybal. Hoewel de bulge vooral uit oude sterren bestaat, bevinden zich enkele gebieden met jonge sterren dicht bij de kern van de Melkweg. De kern bestaat hoogst waarschijnlijk uit een supermassief zwart gat.

Het derde component is de halo, een 'bolvormige ruimte' om de Melkweg heen. De halo bestaat onder andere uit bolvormige sterrenhopen, enorme verzamelingen sterren die losjes aan de Melkweg gebonden zijn. Verder heeft de halo een ijle verzameling sterren, die door zwaartekrachtverstoringen uit de schijf gestoten zijn, of weggetrokken zijn uit een passerend dwergsterrenstelsel. Ook word de halo geacht uit grote hoeveelheden donkere materie te bestaan, een mysterieuze vorm van materie dat geen licht uitzendt en alleen via de zwaartekracht met materie reageert. De halo bevat weinig gas en kent derhalve geen stervorming. Nevels en open sterrenclusters komen hier niet voor. Sterren in de halo zijn bijna zonder uitzondering zeer oud.

Structuur

De Melkweg is een reus onder de spiraalstelsels, met een massa van bijna een biljoen (1000 miljard) keer die van de zon (inclusief de donkere materie). Ons thuissterrenstelsel bevat 100 tot 300 miljard sterren, hoewel het precieze aantal verre van vast staat.

Radio-observaties van de verspreiding van waterstofwolken heeft ons in staat gesteld de vorm van de Melkweg te bepalen. De Melkweg is een spiraalstelsel dat traditioneel wordt ingedeeld in de klasse Sbc van de Hubble classificatie. Dat houdt in dat de schijf een losjes gewonden spiraalstructuur kent, met een duidelijke centrale bulge en een relatief massieve halo.

Centrale balk

In de jaren ’80 is de wetenschap echter gaan vermoeden dat de Melkweg in feite een balkspiraal is in plaats van een ‘gewone’ spiraal. In 2005 zijn die vermoeden bevestigd door de Spitzer Space Telescope, die bovendien aantoonde dat de centrale balk zelfs nog groter is dan dat men vermoed had. Dat houdt in dat de Melkweg tegenwoordig wordt ingedeeld in de klasse SBbc (waarbij de extra B voor ‘barred’ staat). De Melkweg is waarschijnlijk qua vorm vergelijkbaar met de sterrenstelsels M58, M91, M95 en M109.

De centrale balk heeft een vermoedelijke diameter van 27.000 lichtjaar, en loopt dwars door het centrum van de Melkweg met een hoek van 44 graden ten opzichte van de positie van de zon. De zon bevindt zich op ongeveer 26.000 lichtjaar van de kern.

Spiraalstructuur

Buiten de centrale balk bevinden zich niet minder dan vijf spiraalarmen. Dat zijn er veel in vergelijking met de meeste spiraalstelsels. De spiraalarmen staan bekend als de Norma-arm, de Perseus-arm, de Scutum-Crux-arm, de Sagittarius-arm en de Cygnus-arm. Onze zon bevindt zich in een zijtak van de Sagittarius-arm, de zogenaamde Orion-arm.

Buiten de spiraalarmen bevinden zich een aantal ringvormige structuren. Ten eerste heb je de Monocerosring, een ring van sterren die zich geheel rond de Melkweg wikkelt. De ring bestaat wellicht uit de restanten van uiteengetrokken dwergstelsels. Verder vermoedt men ook een Buitenste Ring, hoewel het bestaan ervan niet is bevestigd.

Recente structuren

Men heeft bij verscheidene spiraalstelsels een dergelijke ring of ijle schijf aangetroffen, zoals bij Andromeda, en men heeft ontdekt dat de ring bij veel stelsels de diameter van de schijf bijna verdubbeld. Men weet nog niet of een dergelijke reusachtige, ijle sterschijf typisch is voor grote spiraalstelsels. Als dat het geval is, en de structuur kan aangetoond worden, dan zal de diameter van de Melkweg plots stijgen naar bijna 200.000 lichtjaar.

Tot slot bevinden zich nog enkele uitgerekte stromen van sterren buiten de schijf van de Melkweg, enorme structuren die vaak verscheidene keren rond de Melkweg gewikkeld zijn en zich niets aantrekken van het galactisch vlak. Zij vormen zonder twijfel de restanten van dwergstelsels die uiteen zijn getrokken door de zwaartekracht van de Melkweg. Ze zijn wellicht afkomstig van twee dwergstelsels die op dit moment, hier en nu, opgeslokt worden door de Melkweg: de Sagittarius Elliptische Dwerg en de Canis Major Dwerg.

Positie van de zon

De zon (samen met de aarde en de rest van het zonnestelsel) bevindt zich dicht bij de binnenste grens van de Orion-arm, op een afstand van ongeveer 27.000 lichtjaar van de galactische kern. De afstand tussen de lokale arm en de eerstvolgende buitenste arm, de Perseus-arm, bedraagt ongeveer 6500 lichtjaar.

De zon beweegt in een min of meer elliptische baan rondom de kern. Onze moederster beweegt zich in de richting van de ster Vega nabij het sterrenbeeld Herculus. Het kost de zon ongeveer 250 miljoen jaar om één complete omloop rond de kern te voltooien. Hieruit kun je afleiden dat de zon sinds haar geboorte ongeveer 25 rondjes rond de kern heeft gemaakt Over 31 miljoen jaar zal de zon zich op het punt het dichtst bij de kern van de Melkweg bevinden. De baansnelheid van het zonnestelsel is ongeveer 217 kilometer per seconde, oftewel één lichtjaar in 1400 jaar (1 AU in acht dagen).

Leeftijd en geschiedenis

De Melkweg is ongeveer 13,6 miljard jaar oud en is bijna even oud als het universum zelf. Men vermoedt dat de Melkweg zich ongeveer 100 miljoen jaar na de oerknal is gaan vormen. Waarschijnlijk is het allemaal begonnen met donkere materie die zich zijn gaan concentreren tot een min of meer sfeervormige verzameling. De zwaartekracht van de proto-Melkweg deed grote aantallen waterstof- en heliumgas, die bij de oerknal zijn ontstaan, in de donkere materie vallen.

Hypothetische geschiedenis

De proto-Melkweg zal steeds meer en meer gas aantrekken totdat voor het eerst sterren beginnen te schijnen in gigantische mega-clusters van sterren. Veel van deze sterren waren massief en kortlevend en ontploften al snel als supernovae. Het is in deze tijd dat de centrale bulge van de Melkweg zich is gaan vormen, hoewel het proces daarachter niet geheel bekend is.

Mogelijk heeft de kern al vroeg meer gas aangetrokken dan de rest van de proto-Melkweg, waardoor de meeste sterren zich hier zijn gaan vormen. De bulge van de Melkweg heeft een structuur en samenstelling die overeen komt met dat van elliptische sterrenstelsels. Men zou hieruit af kunnen leiden dat ten minste sommige elliptische sterrenstelsels gewoon kale ‘bulges’ zijn, die geen schijf hebben kunnen vormen.

Na een paar honderd miljoen jaar bestond de oer-Melkweg dus uit een centrale bulge, met verreweg de meeste sterren, en een uitgebreide halo met vele massieve sterrenclusters. Sommige daarvan ondergingen een plotselinge instorting, waardoor er miljoenen sterren samengeperst werden in een ruimte van slechts tientallen tot honderd lichtjaar. Hierdoor hebben de clusters tot op de dag van vandaag hun structuur behouden en staan ze bekend als bolvormige sterrenhopen. Dit soort sterrenhopen behoren dus tot de eerste structuren van de Melkweg!

Bedenk wel dat de bolvormige sterrenhopen zijn ontstaan voordat de schijf van de Melkweg zich gevormd had! Bolvormige sterrenhopen bevinden zich dan ook min of meer willekeurig rond de Melkweg en kunnen zich ver van de schijf af bewegen. De chaotische banen van de bolvormige sterrenhopen strekken zich soms wel tot 300.000 lichtjaar vanaf het galactisch centrum uit! De Melkweg heeft sindsdien geen nieuwe bolvormige sterrenhopen meer gemaakt.

Veel andere sterrenstelsels doen dat nog wel in zogenaamde supersterrenclusters. Dit soort ‘nieuwe’ bolvormige sterrenhopen bewegen wel netjes met de rest van de schijf mee. Het is niet bekend waarom onze Melkweg lang geleden gestopt is met het produceren van dit soort enorme verzamelingen van sterren.

Overigens zijn sommige bolvormige sterrenhopen zo massief, dat ze waarschijnlijk ooit de centra vormden van sterrenstelsels die lang geledend door de Melkweg zijn opgeslokt. Dat geld vooral voor Omega Centauri, de grootste van de in totaal 150 bolvormige sterrenhopen die rond de Melkweg bewegen.

Later is de Melkweg een hoekmoment geen creëren en een duidelijke rotatie in één richting gaan volgen. Dit had tot gevolg dat het gas dat zich nog niet tot sterren had ontwikkeld is gaan afplatten tot een schijf. Vanaf dat moment is alle stervorming (en dus alle actie) zich meest gaan beperken tot de schijf en is de halo langzaam gaan uitdoven.

Hoewel zich in de halo voldoende sterren bevinden tussen de bolvormige sterrenhopen in, zijn ze allen zeer oud en dus klein en lichtzwak. Toch hebben interacties met andere sterrenstelsels sterren van alle leeftijden in de halo terecht doen komen.

Op dit moment is de Melkweg nog steeds bezig met het aantrekken van gas uit zijn omgeving, hoewel het nu om slechts relatief kleine hoeveelheden gaat. De Melkweg groeit op dit moment (net als in de laatste miljarden jaren) vooral door het opslokken van kleine sterrenstelsels die zich te dicht bij hun grote buur zijn gaan wagen. De Melkweg eet als kannibaal langzaam al zijn kleine broertjes op. Men vermoedt dat de Melkweg al vele tientallen dwergstelsels heeft opgenomen.

Omgeving

De Melkweg behoort tot de Lokale Groep, een kleine cluster van sterrenstelsels met 3 grote en 30 kleinere leden. De Lokale Groep omvat een stuk ruimte met een diameter van ongeveer 10 miljoen lichtjaar. Ons thuissterrenstelsels is het op één na grootste, maar waarschijnlijk wel de meest massieve, sterrenstelsel in de Lokale Groep. M31, de Andromedanevel, is wat groter dan de Melkweg en het meest bestudeerde sterrenstelsel aan de aardse hemel. M31 bevindt zich op ongeveer 2,9 miljoen lichtjaar tot de aarde en heeft een stuk of 15 satellietstelsels, allen dwergstelsels die door de zwaartekracht verbonden zijn aan het grote spiraalstelsel.

Onze eigen Melkweg heeft ook een rijke familie aan satellietstelsels, die in de toekomst vrijwel allemaal verslonden zullen worden. De meeste van deze stelsels zijn zeer klein en lichtzwak en moeilijk te detecteren. Sommige, zoals de Canis Major Dwerg, bevinden zich slechts 25.000 lichtjaar van ons vandaan, terwijl anderen op dit moment uiteen gereten en opgegeten worden. De grootste en bekendste satellietstelsels van de Melkweg zijn de twee Magelhaanse Wolken op een afstand van 168-200.000 lichtjaar. In tegenstelling tot de overige satellietstelsels van de Melkweg zijn deze twee redelijk helder en bevatten veel activiteit en stervorming. Men vermoedt dat de beide stelsels de restanten zijn van een groter spiraalstelsel met een diameter van ongeveer 40.000 lichtjaar, die compleet door de Melkweg is verstoord.

Behalve de Melkweg en M31 met hun satellietstelsels bestaat de Lokale Groep nog uit een aantal sterrenstelsels die zich min of meer geïsoleerd in de Lokale Groep bevinden. De meeste daarvan zijn dwergstelsels, maar er is één klein spiraalstelsel bij: M33, de Driehoeksnevel. Dit is het derde dominante lid van de Lokale Groep met een diameter van 60.000 lichtjaar.

In de toekomst zal de Melkweg naar alle waarschijnlijkheid samensmelten met onze naaste grote buur, M31. Het gevolg zal zijn dat beide stelsels hun vorm verliezen en enorme getijdenstaarten van sterren weg zullen slingeren. De enorme drukgolven zullen vrijwel al het gas verstoken in één gigantische schreeuw van stervorming. Er zal geen herkenbare schijf meer zijn en alle sterren bewegen chaotisch rondom de nieuwe, samengevoegde kern. Onze verre afstammelingen zullen voortaan een gigantisch elliptisch stelsel hun thuis noemen.

Bronnen

Zie ook


DaMatrix 13 nov 2006 19:34 (CET)