SPIRAALSTELSELS: KENMERKEN EN TYPEN - ARTE - 2026

Een spiraalstelsel is een monumentale cluster van schijfvormige sterren met spiraalarmen, die lijkt op de vorm van een vuurrad. De vorm van de armen varieert sterk, maar over het algemeen wordt duidelijk een verdicht centrum onderscheiden, omgeven door een schijf waaruit de spiralen ontspruiten.

Bijna 60% van de sterrenstelsels die tegenwoordig bekend zijn, zijn spiralen met de volgende karakteristieke structuren: centrale uitstulping of galactische uitstulping, schijf, spiraalarmen en halo.

Figuur 1. Pinwheel Galaxy in het sterrenbeeld Ursa Major op 21 miljoen lichtjaar van de aarde. Bron: Wikimedia Commons. ESA / Hubble.

Het zijn sterrenstelsels van buitengewone schoonheid die zich in sterrenbeelden zoals Eridano kunnen bevinden. Allemaal gecodeerd dankzij het werk van de astronoom Edwin Hubble (1889-1953).

kenmerken

Twee derde van de spiraalstelsels heeft een centrale balk, die een subtype vormt dat spiraalvormige sterrenstelsels wordt genoemd, om ze te onderscheiden van eenvoudige spiraalstelsels. Ze hebben maar twee spiralen die uit de staaf komen en in dezelfde richting kronkelen. Onze Melkweg is een voorbeeld van een balkspiraalstelsel, hoewel we het vanuit onze positie niet kunnen waarnemen.

De centrale uitstulping is roodachtig van kleur door de aanwezigheid van oudere sterren. In de kern zelf zit weinig gas en in het midden zit meestal een zwart gat.

De schijf van zijn kant is blauwachtig en rijk aan gas en stof, met de aanwezigheid van jonge en warmere sterren die in bijna cirkelvormige banen rond de galactische kern draaien, maar langzamer dan die van de kern.

Wat betreft de spiralen, ze zijn er in een grote verscheidenheid, variërend van degene die zich strak om de centrale uitstulping wikkelen of de armen die er opener op zijn gerangschikt. Ze vallen op dankzij het grote aantal hete, blauwe, jonge sterren dat ze bevatten.

Er zijn verschillende theorieën over waarom ze worden gevormd, waarover we later zullen praten.

Ten slotte is er een bolvormige halo die de hele schijf omringt, arm aan gas en stof, waarin de oudste sterren zijn gegroepeerd in bolvormige sterclusters, enorme clusters met duizenden en zelfs miljoenen sterren die met hoge snelheid bewegen.

Soorten spiraalvormige sterrenstelsels

Om sterrenstelsels te classificeren volgens hun morfologie (uiterlijk gezien vanaf de aarde) wordt de stemvork gebruikt die werd gemaakt door Edwin Hubble in 1936. Deze classificatie werd later aangepast door andere astronomen door subtypes en getallen toe te voegen aan de oorspronkelijke notatie.

Hubble heeft de sterrenstelsels op deze manier met een letter gecodeerd: E voor elliptische sterrenstelsels, SO voor lenticulaire sterrenstelsels en S voor spiralen.

Later werden nog twee categorieën toegevoegd, waaronder SB-balkspiraalstelsels en sterrenstelsels waarvan de vorm geen patroon volgt en onregelmatig is: Irr. Ongeveer 90% van alle waargenomen sterrenstelsels is elliptisch of spiraalvormig. Slechts 10% valt in de categorie Irr.

Figuur 2. Stemvorkdiagram van sterrenstelsels. Bron: Wikimedia Commons. De oorspronkelijke uploader was Cosmo0 op de Engelse Wikipedia (originele tekst: geen gegeven).

Hubble geloofde dat sterrenstelsels hun leven begonnen als bolvormige structuren van het E0-type en vervolgens armen ontwikkelden en spiraalstelsels werden die uiteindelijk onregelmatig zouden worden.

Het is echter aangetoond dat dit niet het geval is. Elliptische sterrenstelsels hebben een veel langzamere rotatiebeweging waardoor ze niet afvlakken en spiralen genereren.

Op de armen van de Hubble-stemvork bevinden zich de spiraalstelsels: S voor normale spiralen en SB voor gestreepte spiralen. Kleine letters geven subtypen aan: "a" geeft aan dat de spoelen strak rond de kern zijn gesloten, terwijl "c" wordt gebruikt wanneer ze losser zijn. Ook het gasaandeel neemt dienovereenkomstig toe.

De Melkweg is van het SBb-type, met de zon in een van de spiraalarmen: de arm van Orion, zo genoemd omdat de sterren van dit sterrenbeeld er ook in voorkomen, een van de meest opvallende gezien vanaf de aarde.

Theorieën over het ontstaan ​​van spiralen

De oorsprong van de spiraalarmen is nog niet met zekerheid bekend, maar er zijn verschillende theorieën die proberen ze te verklaren. Om te beginnen merkten astronomen al snel dat verschillende structuren in een spiraalvormig sterrenstelsel met verschillende snelheden roteren. Dit staat bekend als differentiële rotatie en is een kenmerk van dit soort sterrenstelsels.

De binnenkant van de schijf van spiraalstelsels roteert veel sneller dan de buitenkant, terwijl de halo niet roteert. Om deze reden werd aanvankelijk aangenomen dat dit de oorzaak was van het verschijnen van de spiralen en niet alleen dit, het is ook het bewijs van het bestaan ​​van donkere materie.

Als dit echter het geval is, zouden de spiralen van korte duur zijn (in astronomische termen natuurlijk), omdat ze zich uiteindelijk om zichzelf heen zouden wikkelen en zouden verdwijnen.

Dichtheidsgolven en zelfvoortplanting van sterren

Een meer geaccepteerde theorie om het bestaan ​​van spiralen te verklaren, is die van dichtheidsgolven. Deze theorie, gecreëerd door de Zweedse astronoom Bertil Lindblad (1895-1965), stelt dat materie variaties in zijn concentratie ervaart, die zich, net als geluid, kan voortplanten in de galactische omgeving.

Op deze manier worden gebieden met meer concentratie gecreëerd, zoals spiralen, en andere met minder, wat de ruimtes ertussen zouden zijn. Maar deze gebieden hebben een beperkte duur, dus de armen kunnen bewegen, hoewel hun vorm na verloop van tijd aanhoudt.

Dit verklaart waarom spiralen zeer actieve regio's zijn in termen van productie van sterren. Daar zijn het gas en stof meer geconcentreerd, dus de zwaartekracht grijpt in zodat de materie samenklontert en protosterren vormt, die jonge en zware sterren zullen doen ontstaan.

De andere theorie die spiralen tracht te verklaren, is die van zelfvoortplanting. Het is bekend dat de massieve blauwe sterren in de spiraalarmen van korte duur zijn in vergelijking met koelere, rodere sterren in de kern.

De eerste eindigen meestal hun leven in gigantische supernova-explosies, maar het materiaal kan worden gerecycled tot nieuwe sterren op dezelfde plaats als de vorige: de spiraalarmen.

Dit zou het voortbestaan ​​van de armen verklaren, maar niet de oorsprong ervan. Om deze reden geloven astronomen eerder dat ze te wijten zijn aan een combinatie van factoren: dezelfde differentiële rotatie, het bestaan ​​van dichtheidsgolven, de zelfvoortplanting van sterren en de interacties met andere sterrenstelsels.

Al deze omstandigheden samen geven aanleiding tot verschillende soorten spiraalarmen: dun en duidelijk afgebakend of dik en slecht gedefinieerd.

Verschillen met elliptische sterrenstelsels

Het meest opvallende verschil is dat de sterren in elliptische sterrenstelsels gelijkmatiger zijn verdeeld dan in spiralen. Hierin verschijnen ze geconcentreerd in de roodachtige schijf en verspreid in de spiraalarmen, blauwachtig van kleur, terwijl de verdeling in elliptische sterrenstelsels ovaal is.

Een ander onderscheidend kenmerk is de aan- of afwezigheid van interstellair gas en stof. In elliptische sterrenstelsels is de meeste materie lang geleden in sterren veranderd, dus ze hebben weinig gas en stof.

Spiraalstelsels van hun kant hebben gebieden waar gas en stof, die nieuwe sterren doen ontstaan, overvloedig aanwezig zijn.

Het volgende opvallende verschil is het type sterren. Astronomen onderscheiden twee sterrenpopulaties: populatie I jong en populatie II, oudere sterren. Elliptische sterrenstelsels bevatten populatie II-sterren en weinig elementen zwaarder dan helium.

Spiraalstelsels daarentegen bevatten Populaties I en II. In de schijf en de armen overheerst de bevolking I, jonger en met een hoge metalliciteit. Dit betekent dat ze zware elementen bevatten, restanten van sterren die al verdwenen zijn, terwijl in de halo de oudste sterren staan.

Dit is de reden waarom sterren zich blijven vormen in spiraalstelsels, terwijl ze dat niet doen in elliptische sterrenstelsels. En het is dat elliptische sterrenstelsels waarschijnlijk het resultaat zijn van botsingen tussen spiraalvormige en onregelmatige sterrenstelsels, waarbij het meeste kosmische stof verdwijnt en daarmee de mogelijkheid om nieuwe sterren te creëren.

Deze botsingen tussen sterrenstelsels zijn frequente gebeurtenissen, in feite wordt aangenomen dat de Melkweg in botsing is met kleine satellietstelsels: het Sagittarius elliptische dwergstelsel SagDEG en het Canis Major dwergstelsel.

Vergelijkingstabel

Verschillen tussen elliptische en spiraalvormige sterrenstelsels. Bron: Fanny Zapata.

Voorbeelden van spiraalvormige sterrenstelsels

Spiraalstelsels zijn er in overvloed in het universum. Gezien vanaf de aarde zijn het objecten van buitengewone schoonheid vanwege hun verschillende vormen. In het sterrenbeeld Eridano zijn er bijvoorbeeld vijf spiraalstelsels van verschillende typen, waaronder drie balkjes. Een daarvan is NGC 1300, hieronder weergegeven.

Figuur 3. Gestreepte spiraalstelsel NGC 1300 in Erídano. Kevin Gill uit Los Angeles, CA, Verenigde Staten

De melkweg

Het is de melkweg die het zonnestelsel huisvest in een van zijn spiraalarmen. Het bevat tussen de 100 en 400 miljard sterren met een geschatte grootte van tussen de 150 - 200 duizend lichtjaar. Het maakt deel uit van de zogenaamde Lokale Groep van sterrenstelsels, samen met Andromeda en zo'n 50 andere sterrenstelsels, bijna allemaal dwergen.

Andromeda

Hij staat ook bekend als M31 en bevindt zich in het sterrenbeeld Andromeda, dichtbij dat van Cassiopeia met zijn herkenbare W-vorm, en kan op heldere, maanloze nachten met het blote oog of met een goede verrekijker worden gezien.

Hoewel het al in de archieven van oude Arabische astronomen voorkwam, was het pas in het begin van de 20e eeuw bekend dat het een sterrenstelsel was, dankzij de waarnemingen van Edwin Hubble.

Figuur 4. Het Andromedastelsel. Bron: Pixabay.

Het is ongeveer 2,5 miljoen lichtjaar verwijderd en is ongeveer zo groot als de Melkweg, hoewel wordt aangenomen dat het iets massiever is. Recente schattingen geven echter aan dat de massa vergelijkbaar is met die van ons eigen sterrenstelsel.

Andromeda nadert ons met grote snelheid, dus de verwachting is dat het over ongeveer 4,5 miljard jaar in botsing zal komen met de Melkweg, wat aanleiding zal geven tot een gigantisch elliptisch sterrenstelsel.

Whirlpool Galaxy

Het verschijnt in de Messier-catalogus als object M51 en werd in 1773 door Charles Messier zelf ontdekt. ​​Het wordt gevonden in het sterrenbeeld Canes Venatici aan de boreale hemel, nabij Bootes en Leo, vanwaar het met een verrekijker kan worden gezien.

Dit majestueuze astronomische object heeft de typische vorm van een spiraalvormig sterrenstelsel en bevindt zich op een geschatte afstand van tussen de 16 en 27 miljoen lichtjaar. Het heeft een begeleidend sterrenstelsel dat duidelijk zichtbaar is op telescoopbeelden: het sterrenstelsel NGC 5195.

Figuur 5. Whirlpool Galaxy en zijn satellietstelsel. Bron: Wikimedia Commons. NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) en The Hubble Heritage Team STScI / AURA)

Referenties

1. Carroll, B. An Introduction to Modern Astrophysics. 2e. Editie. Pearson.
2. Heras, A. Inleiding astronomie en astrofysica. Hersteld van: antonioheras.com.
3. Oster, L. 1984. Modern Astronomy. Redactioneel Reverté.
4. Wikipedia. Vorming en evolutie van sterrenstelsels. Hersteld van: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Spiraalvormige sterrenstelsels. Hersteld van: en.wikipedia.org.