GALAXY: KENMERKEN, COMPONENTEN, TYPEN, FORMATIE - ARTE - 2025

Een melkwegstelsel is een conglomeraat van astronomische objecten en materie, zoals gas- en stofwolken, miljarden sterren, nevels, planeten, asteroïden, kometen, zwarte gaten en zelfs veel donkere materie, allemaal gestructureerd dankzij de zwaartekracht.

Ons zonnestelsel maakt deel uit van een groot spiraalvormig sterrenstelsel genaamd de Melkweg. Deze naam afgeleid van het Grieks kan vertaald worden als "melkweg", vanwege de gelijkenis met een slecht verlichte band die de hemelbol kruist.

Figuur 1. Het prachtige lensvormige sterrenstelsel dat bekend staat als het Sombrero-sterrenstelsel M104 in het sterrenbeeld Maagd, 29,35 miljoen lichtjaar verwijderd, gezien met de Hubble-telescoop. Bron: Wikimedia Commons.

Op heldere zomeravonden kan het heel goed worden waargenomen tussen de sterrenbeelden Schorpioen en Boogschutter, aangezien in die richting de kern is en waar de dichtheid van sterren veel hoger is.

Geschiedenis van de ontdekking van sterrenstelsels

De grote Griekse denker en wiskundige Democritus van Abdera (460-370 v.Chr.) Was de eerste die suggereerde - in zijn tijd waren er geen telescopen - dat de Melkweg eigenlijk bestond uit duizenden sterren die zo ver van elkaar verwijderd waren dat er niet één kon worden onderscheiden. andere.

Het duurde even voordat Galileo (1564-1642) het met hem eens was, toen hij bij het richten van zijn telescoop ontdekte dat er meer sterren aan de hemel waren dan hij kon tellen.

Galileo Galilei - Bron: Domenico Tintoretto

Het was de Duitse filosoof Immanuel Kant (1724-1804) die speculeerde dat de Melkweg uit evenveel duizenden zonnestelsels bestond en dat het geheel een elliptische vorm had en ritmisch rond een centrum draaide.

Bovendien suggereerde hij ook dat er andere sets van sterren en planeten bestonden, zoals de Melkweg, en noemde ze eilanduniversums. Deze eilanduniversums zouden vanaf de aarde zichtbaar zijn als kleine, vage lichtvlekjes.

20 jaar later, in 1774, verscheen de Messier-catalogus, een compilatie van 103 tot nu toe zichtbare deep space-objecten en gemaakt door de Franse astronoom Charles Messier (1730-1817).

Onder hen bevonden zich enkele kandidaten voor eilanduniversums, die eenvoudigweg bekend stonden als nevels. De M31-nevel was er een van en staat tegenwoordig bekend als het naburige sterrenstelsel van Andromeda.

William Herschel (1738-1822) zou de lijst met objecten in de diepe ruimte uitbreiden tot 2.500 en beschreef eerst de vorm van de Melkweg. Wetenschappers hadden zich echter nog niet gerealiseerd dat bepaalde nevels zoals M31 zelf enorme conglomeraten van sterren waren, vergelijkbaar met de Melkweg.

Een telescoop met voldoende resolutie was nodig, en die kon in 1904 worden gekocht toen de enorme telescoop van het Mount Wilson Observatory in Californië werd gebouwd met een spiegel met een diameter van 100 inch. Pas toen werd de grootte van het universum duidelijk, omdat de toch al immense Melkweg slechts één melkwegstelsel is, te midden van ontelbare conglomeraten daarvan.

In 1924 slaagde Edwin Hubble (1889-1953) erin om de afstand tot een van deze spiraalvormige nevels te meten, waarbij hij de cepheïde sterren observeerde in het object M31, de opmerkelijkste spiraalvormige nevel genaamd Andromeda.

Cepheïden zijn sterren die periodiek hun helderheid veranderen en dit is evenredig met de periode. De helderdere hebben langere periodes.

Tegen die tijd had Harold Shapley (1885-1972) de grootte van de Melkweg geschat, maar hij was zo groot dat hij ervan overtuigd was dat de Andromedanevel zich in het binnenste van de Melkweg bevond.

Hubble stelde echter vast dat de afstand tot de Andromeda Cepheïden veel groter was dan de grootte van de Melkweg en daarom daarbinnen niet te vinden was. Andromeda was, net als de Melkweg, een melkwegstelsel op zich, hoewel het lange tijd een "extragalactische nevel" werd genoemd.

Algemene karakteristieken

Sterrenstelsels hebben een vorm en, zoals we later zullen zien, kunnen ze volgens dit criterium worden geclassificeerd. Ze bevatten ook massa en het zijn helemaal geen statische entiteiten, omdat ze beweging hebben.

Er zijn gigantische en zeer heldere sterrenstelsels, zoals de Melkweg en Andromeda, en ook sterrenstelsels die "dwergen" worden genoemd, tot duizend keer minder helder. Om vertrouwd te raken met de afmetingen, is het handig om enkele meeteenheden te kennen die in de astronomie worden gebruikt. Eerst hebben we het lichtjaar.

Het lichtjaar is een afstandseenheid die gelijk is aan de afstand die licht in een jaar aflegt. Omdat de lichtsnelheid 300.000 km / s is, vermenigvuldigd met het aantal seconden in 365 dagen, is het resultaat ongeveer 9 en een half miljard kilometer.

Ter vergelijking: de afstand van de zon tot de aarde is 8,5 lichtminuten, ongeveer 150 miljoen kilometer, wat ongeveer gelijk is aan één AU of astronomische eenheid, nuttig bij metingen binnen het zonnestelsel. De volgende ster die het dichtst bij de zon staat, is Proxima Centauri met 4,2 lichtjaar.

De AU geeft aanleiding tot een andere veelgebruikte eenheid: de parsec of parallax van een boogseconde. Dat een punt zich op de afstand van een parsec bevindt, betekent dat de parallax gelijk is aan 1 boogseconde tussen de aarde en de zon. De volgende figuur verduidelijkt het:

Figuur 2. Schema om de parsec te definiëren. Bron: Wikimedia Commons. Kes47 (?).

Grootte, beweging en chemische samenstelling

De afmetingen van sterrenstelsels zijn enorm gevarieerd, van zo klein dat ze amper duizend sterren hebben, tot de gigantische elliptische sterrenstelsels waarover we later in detail zullen praten.

We hebben dus onze Melkweg met een diameter van ongeveer 100.000 lichtjaar, zijnde een groot sterrenstelsel, maar niet het grootste. NGC 6872 heeft een diameter van 520.000 lichtjaar, ongeveer 5 keer de diameter van de Melkweg, en is het grootste spiraalstelsel dat tot nu toe bekend is.

De sterrenstelsels zijn niet statisch. Over het algemeen hebben sterren en wolken van gas en stof rotatiebewegingen rond het centrum, maar niet alle delen van een melkwegstelsel draaien met dezelfde snelheid. De sterren in het midden draaien sneller dan de buitenste, in zogenaamde differentiële rotatie.

Wat betreft de chemische samenstelling, zijn de meest voorkomende elementen in het universum waterstof en helium. In de sterren worden, net als in een kernfusiereactor, de zwaarste elementen die we kennen gevormd door het periodiek systeem.

De kleur en helderheid van sterrenstelsels veranderen in de loop van de tijd. Jongere sterrenstelsels zijn blauwer en helderder dan oudere.

Ellipsvormige sterrenstelsels neigen naar rood, met talrijke oudere sterren, terwijl onregelmatige sterren het blauwst zijn. In spiraalvormige sterrenstelsels is blauw geconcentreerd naar het midden en rood naar de buitenwijken.

Onderdelen van sterrenstelsels

Bij het observeren van een sterrenstelsel kunnen structuren zoals de volgende worden geïdentificeerd, die aanwezig zijn in de Melkweg, die als model is genomen omdat dit het best bestudeerd is:

Disco en halo

De twee basisstructuren van ons melkwegstelsel zijn de schijf en de halo. De schijf bevindt zich in het middenvlak dat wordt gedefinieerd door de melkweg en bevat een grote hoeveelheid interstellair gas dat nieuwe sterren doet ontstaan. Het bevat ook oude sterren en open sterrenhopen - een slecht gestructureerde groepering van sterren.

Opgemerkt moet worden dat niet alle sterrenstelsels dezelfde stervormingssnelheid hebben. Aangenomen wordt dat elliptische sterrenstelsels een veel lagere snelheid hebben, in tegenstelling tot spiralen.

De zon bevindt zich in de galactische schijf van de Melkweg, op het symmetrievlak en net als alle sterren in de schijf, cirkelt hij rond de melkweg volgens een pad dat ongeveer cirkelvormig is en loodrecht op de galactische rotatieas. Het duurt ongeveer 250 miljoen jaar om een ​​baan te voltooien.

De halo bedekt de melkweg met een minder dicht bolvormig volume, aangezien het een gebied is met veel minder stof en gas. Het bevat bolvormige sterrenhopen, sterren gegroepeerd door de werking van de zwaartekracht en veel ouder dan de schijf, individuele sterren en ook de zogenaamde donkere materie.

Donkere materie is een soort materie waarvan de aard onbekend is. Het dankt zijn naam aan het feit dat het geen elektromagnetische straling afgeeft en het bestaan ​​ervan is voorgesteld om het feit te verklaren dat sterren buiten sneller bewegen dan verwacht.

De snelheid waarmee een ster beweegt ten opzichte van het centrum van de melkweg hangt af van hoe de materie wordt verdeeld, aangezien het de zwaartekracht als gevolg daarvan is dat een ster in een baan blijft. Een hogere snelheid betekent dat er meer materie is die niet zichtbaar is: donkere materie.

De bol, de galactische kern en de staaf

Afgezien van de schijf en de halo, is er in de melkweg de uitstulping, de centrale uitstulping of galactische kern, waar een grotere dichtheid van sterren is, die daarom zeer lichtgevend is.

Zijn vorm is ongeveer bolvormig - hoewel die van de Melkweg meer op een pinda lijkt - en in het midden bevindt zich de kern, bestaande uit een zwart gat, een feit dat in veel sterrenstelsels veel lijkt te voorkomen, vooral in de spiraalvormige.

Objecten die zich in de buurt van de kern bevinden, roteren, zoals we al zeiden, veel sneller dan die verder weg. Daar is de snelheid evenredig met de afstand tot het centrum.

Sommige spiraalstelsels zoals de onze hebben een balk, een structuur die door het centrum loopt en waaruit spiraalarmen tevoorschijn komen. Er zijn meer geblokkeerde dan niet-geblokkeerde spiraalstelsels.

Aangenomen wordt dat de staafjes het transport van materie van de uiteinden naar de bol mogelijk maken, het verdikken door de vorming van sterren in de kern te bevorderen.

Figuur 3. Onderdelen van de Melkweg. De zon bevindt zich in een van de armen en heeft een roterende beweging rond het centrum van de melkweg, evenals een verticale beweging. Bron: Wikimedia Commons.

Soorten sterrenstelsels

Het eerste dat wordt gewaardeerd bij het observeren van sterrenstelsels door de telescoop, is hun vorm. Het grote Andromedastelsel bijvoorbeeld is spiraalvormig, terwijl zijn metgezel NGC 147 elliptisch is.

Het classificatiesysteem van sterrenstelsels is gebaseerd op de vorm die ze hebben en de meest gebruikte vandaag is de Hubble-stemvork of -reeks, gemaakt rond 1926 door Edwin Hubble en later gewijzigd door hemzelf en andere astronomen, toen er nieuwe informatie verscheen.

Hubble ontwierp het schema in de overtuiging dat het een soort evolutie van sterrenstelsels vertegenwoordigde, maar vandaag is bekend dat dit niet het geval is. In de reeks worden letters gebruikt om sterrenstelsels aan te duiden: E voor elliptische sterrenstelsels, S voor spiraalstelsels en Irr voor onregelmatig gevormde sterrenstelsels.

Figuur 4. De Hubble-stemvork. Bron: Wikimedia Commons.

Elliptische sterrenstelsels

Links, op de hals van de stemvork, bevinden zich de elliptische sterrenstelsels, voorgesteld door de letter E. De sterren waaruit ze bestaan, zijn min of meer uniform verdeeld.

Het getal dat bij de letter hoort, geeft aan hoe elliptisch het sterrenstelsel is -elipticiteit-, beginnend met E0, dat het meest bolvormig is, tot E7, dat het vlakst is. Er zijn geen sterrenstelsels met een ellipticiteit van meer dan 7 waargenomen. Deze parameter wordt aangeduid als є:

Є = 1 - (β / ɑ)

Met α en β als respectievelijk de schijnbare grote en kleine halve assen van de ellips. Deze informatie is echter relatief, omdat we alleen het uitzicht vanaf de aarde hebben. Het is bijvoorbeeld niet mogelijk om te weten of een sterrenstelsel dat aan de rand wordt weergegeven, elliptisch, lenticulair of spiraalvormig is.

Gigantische elliptische sterrenstelsels behoren tot de grootste objecten in het universum. Ze zijn het gemakkelijkst waar te nemen, hoewel veel kleinere versies, dwerg-elliptische sterrenstelsels genoemd, veel meer voorkomen.

Figuur 5. Elliptisch sterrenstelsel NGC 1316, in het sterrenbeeld Fornax, versmelt met een ander kleiner sterrenstelsel. Bron: Bron afbeelding: NASA / JPL-Caltech / CTIO.

Lenticulaire en spiraalvormige sterrenstelsels

Lenticulaire sterrenstelsels zijn schijfvormig, zonder spiraalarmen, maar ze kunnen worden geblokkeerd. Hun nomenclatuur is S0 of SB0 en ze staan ​​precies op de vork van de figuur. Afhankelijk van de hoeveelheid stof (zones met hoge absorptie) op je schijf, zijn ze onderverdeeld in S01, SB01 t / m S03 en SB03.

De S-sterrenstelsels zijn de juiste spiraalstelsels, terwijl de SB de gestreepte spiraalstelsels zijn, aangezien de spiralen lijken te projecteren vanuit een staaf door de centrale uitstulping. De overgrote meerderheid van sterrenstelsels heeft deze vorm.

Beide klassen sterrenstelsels onderscheiden zich op hun beurt door het gemak van de spiraalarmen en zijn gemarkeerd met kleine letters. Deze worden bepaald door de grootte van de grootste uitstulping te vergelijken met de lengte van de schijf: L-uitstulping / L-schijf.

Figuur 6. Het prachtige spiraalstelsel van Andromeda in het sterrenbeeld Cassiopea. Bron: Wikimedia Commons Afbeelding van NASA).

Als dit quotiënt bijvoorbeeld ≈ 0,3 is, worden de sterrenstelsels aangeduid als Sa als het een eenvoudige spiraal is, of SBa als het is geblokkeerd. Hierin lijken de spiralen strakker te zijn en is de concentratie van sterren in de armen vager.

Naarmate de reeks naar rechts verdergaat, lijken de spiralen losser. De verhouding uitstulping / schijf voor deze sterrenstelsels is: L uitstulping / L schijf ≈ 0,05.

Als een melkwegstelsel tussenliggende kenmerken heeft, kunnen maximaal twee kleine letters worden toegevoegd. De Melkweg wordt bijvoorbeeld door sommigen geclassificeerd als SBbc.

Onregelmatige sterrenstelsels

Dit zijn sterrenstelsels waarvan de vorm niet overeenkomt met een van de hierboven beschreven patronen.

Hubble zelf verdeelde ze in twee groepen: Irr I en Irr II, waar de eerste maar iets meer georganiseerd zijn dan de laatste, omdat ze iets hebben dat doet denken aan de vorm van de spiraalarmen.

Irr II-sterrenstelsels zijn, zouden we kunnen zeggen, amorf en zonder herkenbare interne structuur. Zowel Irr I als Irr II zijn doorgaans kleiner dan elliptische sterrenstelsels of majestueuze spiraalstelsels. Sommige auteurs noemen ze liever dwergstelsels. Een van de bekendste onregelmatige sterrenstelsels zijn de naburige Magelhaense Wolken, geclassificeerd als Irr I.

Figuur 7. Onregelmatig sterrenstelsel NGC 5408, ontdekt in het sterrenbeeld Centaurus door John Herschel in 1834. Aanvankelijk werd aangenomen dat het een planetaire nevel was. Bron: Wikimedia Commons.

Na de publicatie van de Hubble-reeks stelde de Franse astronoom Gerard de Vaucouleurs (1918-1995) voor om de Irr I- en Irr II-nomenclatuur te verwijderen en de Irr I, die enkele spiraalarmen hebben, Sd-SBd-sterrenstelsels te noemen, Sm - SBm of Im (de "m" is voor Magelhaenstelsel).

Ten slotte worden de sterrenstelsels waarvan de vorm werkelijk onregelmatig en zonder een spoor van spiralen is, gewoon Go genoemd, waarmee de moderne classificatie als volgt is gebleven:

Hoe ontstaan ​​sterrenstelsels?

Melkwegvorming is vandaag het onderwerp van actieve discussie. Kosmologen geloven dat het vroege universum vrij donker was, gevuld met gaswolken en donkere materie. Dit komt door de theorie dat de eerste sterren binnen een paar honderd miljoen jaar na de oerknal werden gevormd.

Zodra het stellaire productiemechanisme op zijn plaats is, blijkt dat het tempo stijgt en daalt. En aangezien sterrenstelsels zijn gemaakt, zijn er verschillende mechanismen die tot de vorming van sterrenstelsels leiden.

Zwaartekracht is de oerkracht die de vorming van kosmische objecten in gang zet. Een kleine opeenhoping van materie trekt op een gegeven moment meer materie aan en het begint zich op te hopen.

Aangenomen wordt dat de Melkweg op deze manier is begonnen: kleine opeenhopingen van materie die uiteindelijk aanleiding gaven tot de bolvormige sterrenhopen van de halo, waaronder de oudste sterren in de melkweg.

De rotatie is inherent aan de opeenhoping van massa die volgde op deze eerste periode van stervorming. En met de rotatie wordt het impulsmoment gecreëerd, waarvan de instandhouding de ineenstorting van de bolvormige massa veroorzaakte en deze in een platte schijf transformeerde.

Sterrenstelsels kunnen groter worden door samen te smelten met andere kleinere sterrenstelsels. Aangenomen wordt dat dit vandaag het geval is met de Melkweg en zijn kleinere buren, de Magelhaense wolken.

Een andere fusie die in de verre toekomst wordt verwacht, is de botsing met Andromeda die, in tegenstelling tot de meeste sterrenstelsels, ons nadert. Andromeda is momenteel 2,2 miljoen lichtjaar verwijderd.

Hoeveel sterrenstelsels zijn er in het universum?

Hoewel het grootste deel van de ruimte leeg is, zijn er volgens sommige schattingen miljoenen sterrenstelsels, misschien wel 100 biljoen daarvan. Anderen schatten 2 biljoen sterrenstelsels. Het grootste deel van het universum blijft onontgonnen en er is geen exact antwoord op deze vraag.

In slechts 12 dagen heeft de Hubble-ruimtetelescoop 10.000 sterrenstelsels met de meest uiteenlopende vormen gevonden. Het werkelijke totaal van sterrenstelsels in het universum is onbekend. Bij het observeren met een telescoop is het nodig om te benadrukken dat je niet alleen in afstand, maar ook in tijd verder gaat.

Het zonlicht dat we zien heeft er 8,5 minuten over gedaan om ons te bereiken. Het beeld van Andromeda dat we met een verrekijker waarnemen, is dat van 2,2 miljoen jaar geleden. Dat is de reden waarom wat we vanaf de aarde zien, zich binnen het bereik van het waarneembare universum bevindt. Voorlopig is er geen manier om te zien wat erachter ligt.

Een manier om te schatten hoeveel sterrenstelsels er in het waarneembare universum zijn, is door extreem diepe veldopnamen te maken van Hubble of XDF, die een klein gebied van de hemelbol vertegenwoordigen.

In één zo'n opname werden 5500 sterrenstelsels op 13,2 miljard lichtjaar afstand gevonden. Door deze waarde te vermenigvuldigen met de hoeveelheid XDF voor de hele hemelbol, schatten ze de 100.000 miljoen genoemde sterrenstelsels.

Alles wijst erop dat er in vroegere tijden meer sterrenstelsels waren dan nu, maar kleiner, blauwer en onregelmatiger van vorm dan de elegante spiraalstelsels die we tegenwoordig zien.

Voorbeelden van sterrenstelsels

Ondanks hun enorme omvang zijn sterrenstelsels niet solitair, maar eerder gegroepeerd in hiërarchische structuren.

De Melkweg behoort tot de zogenaamde Lokale Groep, waarin alle leden - ongeveer 54 - op een afstand van niet meer dan 1 Mega-parsec zijn. Dan neemt de dichtheid van sterrenstelsels af totdat een ander cluster verschijnt dat lijkt op de Lokale Groep.

Onder de enorme verscheidenheid aan sterrenstelsels die zijn gevonden, is het de moeite waard om enkele verrassende voorbeelden te noemen vanwege hun bijzonderheden:

Gigantische elliptische sterrenstelsels

De grootste sterrenstelsels die tot nu toe zijn gevonden, bevinden zich in het centrum van clusters van sterrenstelsels. Het zijn enorme elliptische sterrenstelsels waarvan de zwaartekracht andere sterrenstelsels trekt en overspoelt. In deze sterrenstelsels is de snelheid van stervorming erg laag, dus om te blijven groeien, vangen ze andere op.

Actieve sterrenstelsels

Actieve sterrenstelsels, in tegenstelling tot de meer normale en rustige sterren zoals de Melkweg, zenden frequenties uit met een zeer hoge energie, veel hoger dan die uitgezonden door de kernen van sterren, gebruikelijk in elk sterrenstelsel.

Deze hoogenergetische frequenties, waarvan de kracht gelijk is aan miljarden zonnen, komen uit de kern van objecten zoals quasars, ontdekt in 1963. Verrassend genoeg kan een quasar, een van de helderste objecten in het universum, dit tempo miljoenen jaren aanhouden.

De Seyfert-sterrenstelsels zijn een ander voorbeeld van actieve sterrenstelsels. Tot dusver zijn er honderden ontdekt. Zijn kern zendt sterk geïoniseerde straling uit, variabel in de tijd.

Figuur 8. Het Seyfert M 106 sterrenstelsel Bron: Wikimedia Commons. Röntgenfoto: NASA / CXC / Univ. van Maryland / AS Wilson et al.; Optisch: Pal.Obs. DSS; IR: NASA / JPL-Caltech; VLA: NRAO / AUI / NSF

Aangenomen wordt dat in de buurt van het centrum een ​​enorme hoeveelheid gasvormig materiaal naar het centrale zwarte gat snelt. Door het verlies van massa komt stralingsenergie vrij in het röntgenspectrum.

Radiostelsels zijn elliptische sterrenstelsels die grote hoeveelheden radiofrequenties uitzenden, tienduizend keer meer dan gewone sterrenstelsels. In deze sterrenstelsels zijn er bronnen - radiolobben - die door filamenten van materie zijn verbonden met de galactische kern, die elektronen uitzenden in de aanwezigheid van een intens magnetisch veld.

Referenties

1. Carroll, B. An Introduction to Modern Astrophysics. 2e. Editie. Pearson. 874-1037.
2. Heelal. Hersteld van: es.wikipedia.org
3. Hoe het werkt. 2016. Book of Space. 8e. Ed. Imagine Publishing Ltd. 134-150.
4. De sterrenstelsels. Hersteld van: astrofisica.cl/astronomiaparatodos.
5. Oster, L. 1984. Modern Astronomy. Redactioneel Reverté. 315-394.
6. Pasachoff, J. 1992. Sterren en planeten. Peterson veldgidsen. 148-154.
7. Quora. Hoeveel sterrenstelsels zijn er? Hersteld van: es.quora.com.
8. Een liniaal om het universum te meten. Hersteld van: henrietta.iaa.es
9. Wat is een melkwegstelsel? Teruggeplaatst van: spaceplace.nasa.gov.