Over de Melkweg en de catalogus van Halton Arp - de Arp-objecten (1)

Door Edwin Bruinooge gepubliceerd in Weird Science

De astronoom Halton Arp maakte in 1966 zijn Atlas of Peculiar Galaxies. In totaal 338 sterrenstelsels, die net even afwijken van de rest. Nu kunnen we ze veel duidelijker zien. Deel 1 van 2.

 

A Cosmic Freak Show

c43c9a2605e22231798c20eadfd3b0f6_medium.

Steeds groter, steeds kleiner

Vroeger was het universum lekker simpel, compact en behapbaar. De Aarde was het middelpunt en alle andere hemellichamen, Zon, Maan, planeten en sterren, draaiden om haar heen. Tussen de 16e en de 17e Eeuw kwam daar verandering in. Langzamerhand drong het besef door dat de Zon het middelpunt was. De Aarde was slechts een van de zes planeten die om de Zon haar baantjes trok. Zes planeten? Ja, Uranus en Neptunus waren immers nog niet ontdekt.
Sinds de vroege oudheid zagen onze voorouders de Melkweg, die mooie oplichtende band die op een heldere nacht aan de hemel te zien is en verzonnen de mooiste mythen, legenden en verklaringen. Daar zijn we nou eenmaal mensen voor, we kunnen gewoon niet anders. Toen Galileo Galilei met zijn nog primitieve telescoop kon zien dat de Melkweg ook uit individuele sterren bestaat, werd ons universum weer een stuk groter. 

89c40aca90add4827da8ace6245e866e_medium.cd8b936fd2ce4c592e686b200403edc8_medium.

Georges  Lemaître                                                                      Edwin Hubble

Mensen als Charles Messier en William Herschel verrichtten baanbrekend werk maar het duurde tot de twintiger jaren van de 20e Eeuw tot het besef van de ware grootte van het universum pas écht doordrong. Georges Lemaître en Edwin Hubble waren de mannen die aantoonden dat onze Melkweg slechts een van de velen was. Nu werd het universum pas écht ontzagwekkend groot.
Tegenwoordig is er consensus over het feit dat een gemiddeld melkwegstelsel als de onze wel eens 400 miljard sterren kan bevatten en dat er zeker meer dan 200 miljard melkwegstelsels in het voor ons waarneembare deel van het universum te vinden zijn. En dit zijn slechts voorzichtige en conservatieve schattingen.
Wie zich niets kan voorstellen bij een getal als 400 miljard, denk aan het volgende beeld: op de Dam van Amsterdam gaan we biljetten van 100 euro stapelen, net zolang tot we een toren hebben van 400 miljard euro. Dan duwen we hem om en zien dat het topje net buiten Parijs neerkomt. En ergens halverwege die toren bevindt zich één luttel eurootje op één luttel biljetje van honderd, wat dan de plaats van ons zonnestelsel in het geheel moet uitbeelden. Met de toegenomen grootte van ons universum wordt onze positie steeds kleiner.

b7e2b60a1035e7192bf20c56d99cc111_medium.

De Melkweg, onze kosmische metropool

Astronomen hebben inmiddels miljoenen melkwegstelsels in kaart gebracht. Ruwweg zijn melkwegstelsels in twee grote groepen te verdelen:

  • Elliptische sterrenstelsels
  • Spiraalvormige sterrenstelsels

Naast deze groepen bestaat er ook de groep 'Onregelmatig', waar ik met name in deel 2 op terugkom.
Hubble was degene die de huidige classificatie van melkwegstelsels ontwikkelde. Hij bracht binnen zijn onderverdeling nog detaillering aan, waar ik nu niet verder op in ga; misschien een onderwerp voor de toekomst.
Elliptische melkwegstelsels zijn stelsels die er wat de verdeling van sterren betreft wat uniform uitzien. Van bolvormig, via eivormig tot sigaarvormig, maar met weinig herkenbare interne structuren. Opvallend is dat grote gaswolken, waar nieuwe sterren worden gevormd, meestal lijken te ontbreken. Hieronder zie je een plaatje van een typisch elliptisch sterrenstelsel, door Charles Messier opgenomen in zijn catalogus als Messier 87.

2197d89c6a6810cabac783ed9b828414_medium.

Het is geen kleintje. Het staat ongeveer 54 miljoen lichtjaar van ons vandaan, in het sterrenbeeld Maagd, en bevat ongeveer 1 biljoen (1000 miljard) sterren. 

De meeste sterrenstelsels zijn spiraalvormig. Vrijwel alle herkenbare structuren lijken zich in een vlak te bevinden. Er is een duidelijk waarneembare kern in het centrum, van waaruit spiraalvormige armen lijken te groeien. Net zoals de planeten in ons Zonnestelsel om de Zon draaien, zo draaien de spiraalarmen met alles wat ze in zich dragen om het centrum van hun sterrenstelsel. Sommige spiraalvormige sterrenstelsels staan zo ten opzichte van ons georiënteerd, dat we ze van de zijkant zien, bij andere hebben we een prachtig bovenaanzicht. Twee voorbeelden?

b44cbd0254470befa3cbbd10fded4b48_medium.a500a6b8a0a0ed5ed696f7357ed58dd4_medium.

En hoe zit het dan met ons? Wat voor sterrenstelsel is onze eigen Melkweg?

Stel je een mooie lentemiddag voor terwijl je door het centrum van Amsterdam loopt. Je ziet de grachten en de historische grachtenpanden. Heb jij, terwijl je loopt, een goed beeld van de plattegrond van het centrum, van het hele bouwplan? Met logisch nadenken, met je eigen waarnemingen, kan je erachter komen dat de verschillende grachten als bijna concentrische ringen gebouwd zijn. Als je je eigen stappen telt, kan je zelfs afstanden schatten en misschien wel op een kaart uittekenen. Maar heb je enig idee hoe de tuinen van de grachtenpanden eruit zien? Je ziet immers alleen de voorgevels. Je gaat het pas écht goed zien als je er in een luchtballon overheen zweeft. Of je gebruikt Google Earth en zoomt achter je laptop lekker in.

19f23f3064e735686105652732859d31_medium.

Helaas bestaat er geen Google Galaxy. Wij zitten middenin ons Melkwegstelsel op ons eigen plekje en kunnen geen kant op. Als we nou eens een van de Voyagers, ruimtevaartuigen die toch al decennia onderweg zijn, opdracht geven tot een koerswijziging? We sturen het ding naar een plek boven het vlak van onze Melkweg en laten het een mooi overzichtsplaatje schieten. Zou dat werken? 
Het kan. We zullen dan helaas wel een slordige 2,5 miljoen jaar moeten wachten tot hij gearriveerd is. De foto zal het als informatie terugsturen naar ons, met lichtsnelheid. Dan komt er nog een kleine dertigduizend jaar bij voordat wij het ontvangen. Het duurt even, maar dan heb je ook wat. Niet echt een reële mogelijkheid dus. Moeten we er ons dan bij neerleggen dat we het nooit kunnen weten? 

Die conclusie is foutief. We kunnen meer dan genoeg te weten komen door observaties, metingen en vergelijkingen met andere stelsels. Kijken we alleen naar zichtbaar licht, dan zijn we beperkt in onze mogelijkheden. Maar met radiogolven, infraroodstraling, ultraviolette straling, Röntgenstraling en gammastraling, wat we met apparatuur kunnen waarnemen en analyseren, kunnen we het voor ons best mogelijke beeld krijgen. En wat is dan het resultaat? Kom ik zo op. Even een klein stukje theorie in beeld voor die mensen die niet comfortabel zijn met de term 'lichtjaar'. 

Een lichtjaar is de afstand die licht aflegt in één jaar tijd. Er bestaat in ons universum geen snelheid hoger dan de lichtsnelheid, 300.000 kilometer per seconde. Een lichtjaar is dus een afstandsmaat
In een jaar tijd legt licht een afstand af van (niet schrikken) 9.460.730.472.580 kilometer, bijna 9,5 biljoen kilometer, of bijna 9500 miljard kilometer. Wie met zo'n getal niks kan, kan ik geen ongelijk geven. Dan maar beeldend?
Verklein de Zon tot een bowlingbal op het strand van Scheveningen. De Aarde is dan een peperkorreltje op 25 meter afstand. Voor een lichtjaar moet je naar Kosovo. Voor de dichtstbijzijnde ster (iets meer dan vier lichtjaar), moet je naar Nairobi in Kenia. Een kleinere schaal proberen? 
De Zon is nu een peperkorreltje op het strand van Scheveningen. De Aarde is niet te zien. De dichstbijzijnde ster is een peperkorreltje onder de Dom van Utrecht. Duidelijk beeld?

43aae1fa4a02f19cc61f7f248f7b9902_medium.

3adac8e9e465f2e39f0f7f92c21ae11c_medium.

Dit is een fictief bovenaanzicht van onze Melkweg en een schematische voorstelling van de doorsnede van het vlak. Wat zijn we te weten gekomen over de opbouw en structuur van onze eigen kosmische metropool?

Laten we eerst eens naar het centrum van onze Melkwegmetropool gaan. We zullen vanaf onze positie een reisje van maar liefst 25.000 lichtjaar moeten maken. Het centrum bestaat uit een grote concentratie van sterren en gaswolken met een diameter van ongeveer 12.000 lichtjaar en een dikte van 3000 lichtjaar. Wil je het centrum goed kunnen zien vanaf de Aarde, dan moet je het sterrenbeeld Boogschutter (Sagittarius) opzoeken. Astronomen zijn zeer geïnteresseerd in de samenstelling van dit centrum en na decennia onderzoek door teams van verschillende universtiteiten is het oordeel gevallen, 'proven beyond a reasonable doubt': in het galactisch centrum bevindt zich een monster. Dit monster, met de naam Sagittarius A* (of Sag A*), is een supermassief zwart gat.

Een zwart gat ontstaat aan het eind van het bestaan van een zeer grote ster. Kernfusie, het proces dat een ster stralend en 'levend' houdt, is gestopt. De buitenste lagen van de ster zijn met enorme kracht de ruimte in geëxplodeerd. De kern van de ster stort onder invloed van zwaartekracht ineen tot een onvoorstelbare dichtheid. De zwaartekracht van die kern is zo groot dat zelfs licht niet meer kan ontsnappen. Het is letterlijk onzichtbaar. Toch kunnen we een zwart gat 'zien', puur door de effecten die het heeft op zijn omgeving; dat is te zien, te meten en te berekenen.

Het is natuurkundig onmogelijk, maar stel dat de Aarde samengebald zou worden tot de dichtheid van een zwart gat. Dat wordt flink knijpen en duwen. Uiteindelijk hou je een balletje over, ongeveer zo groot als een stevige knikker. Haal je hetzelfde geintje uit met de Zon, dan krijg je een bol van zes kilometer doorsnede. De Melkweg bevat een aantal zwarte gaten, waar de massa van vijf, tien of meer keer de Zon is samengeperst tot enkele kilometers doorsnede. Deze stellaire zwarte gaten, zijn echter niks vergeleken bij een monster als Sag A*. Sag A* heeft een massa van 4,5 miljoen zonnen. Als we de Zon zouden vervangen door Sag A*, dan komt zijn diameter tot aan de baan van de planeet Mercurius. Nu weten we dat vrijwel elk melkwegstelsel een supermassief zwart gat bevat. Onze Sag A* is een joekel, maar er zijn melkwegstelsels met echte Godzilla's, bij wie de onze slechts een aardige poging richting monsterachtigheid is.

43aae1fa4a02f19cc61f7f248f7b9902_medium.

Laten we nog eens teruggaan naar het fictieve bovenaanzicht. Hoe fictief is het? Het is het resultaat van ongeveer vijftig jaar onderzoek. Het centrum hebben we net behandeld. Nu gaan we naar de buitenwijken.
Vanuit het centrum zien we twee brede spiraalvormige armen, twee belangrijke buitenwijken met veel oude sterren, veel gaswolken waar sterren worden geboren en veel relatief jonge sterren.

e51ac07e968b23d8beb1251ac695a3ea_medium.

De buitenwijken hebben namen: Scutum-Centaurus Arm en Perseus Arm (foutief gespeld in het plaatje). Maar dit is nog niet het totaalplaatje. Er zijn ook iets kleinere, iets minder breedgebouwde buitenwijken.

66ef16dfc7aed7987f63ede34b0ab123_medium.

We zien hier de Norma Arm, de Outer Arm en de Sagittarius Arm, die ik ook wel eens tegenkom als Sagittarius-Carina Arm. Naast deze grote buitenwijken is er nog een hele speciale kleine.

ed541b67164d60b79ad8b1b3c416feea_medium.

Het lijkt uit te groeien vanaf de Sagittarius Arm en contact te maken met de Perseus Arm. Dit is het Orionspoor. En waarom is het nou zo speciaal? Omdat het ónze buitenwijk is. Wij leven daar. Tesamen met alle sterren die wij met het blote oog aan de hemel kunnen zien. Hieronder zie je het totaalplaatje.
In de volle breedte is de Melkweg ongeveer 120.000 lichtjaar in doorsnede. Wij leven 25.000 lichtjaar van het centrum, dat een dikte heeft van 3000 lichtjaar, terwijl de gemiddelde dikte van de armen en ons Orionspoor ongeveer 1000 lichtjaar is. Een platte pizza dus, met een dikte van 1000 lichtjaar, behalve in het midden.
Wat is nou het belangrijke verschil tussen de armen en de ruimte er tussenin? Het aantal sterren per eenheid ruimte? De ruimte tussen de armen ziet er toch een beetje 'onbebouwd' uit. Dat zou je misschien denken, maar dat is niet zo. Ook daar wemelt het van de sterren.
In de armen bevinden zich echter naast sterren ook nevels en gaswolken. Actieve vorming van sterren vindt plaats in de armen. Daarbuiten zie je het niet.

ccff51ba7498dd9c20ca52a7b7d11257_medium.

Dit is ons kosmische adres, ons plekje in de metropool die onze Melkweg is. Een wereld van wonderen, toekomstige ontdekkingen en wie weet, ooit in een verre toekomst, plekken om te bezoeken. Maar één gebied blijft voor ons een mysterie.

We kunnen niet zien wat er zich achter het centrum  bevindt. In ieder geval niet in voor ons zichtbaar licht. Met radiogolven bijvoorbeeld is er wel een globaal beeld te vormen. Deze hele zone achter het centrum, vanuit onze positie gezien, hebben we de naam Zone of Avoidance gegeven. Op het plaatje hieronder is dat het gebied tussen de twee rode strepen, die vanuit onze zon getekend zijn. Alsof we in een metropool leven met een voor ons 'verboden gebied'. 

b86fb5106cc7452b97d32f38444a3d42_medium.

Alles in onze Melkweg draait om het centrum heen, net zoals onze wereld om onze Zon draait. Onze Zon, met de omringende sterren in het Orionspoor, draait om het galactisch centrum in 225 miljoen jaar tijd.  Als we de 365 dagen die wij nodig hebben om rond onze Zon te draaien, een zonnejaar noemen, dan zou je die 225 miljoen jaar een 'galactisch jaar' kunnen noemen. De laatste keer dat wij op onze huidige positie waren, was in een tijd dat de dinosauriërs zo zoetjes aan de wereld begonnen te domineren.  Als we uitgaan van de laatste schattingen van de leeftijd van de Aarde, dan zijn 'we', in galactische jaren gerekend, 20-21 jaar jong.

2ca92091190ccef303949163642ce5e9_medium.

De catalogus van Halton Arp

Nu we een iets duidelijker beeld hebben van de vorm en opbouw van sterrenstelsels, kan ik het werk van de astronoom Halton Arp introduceren. Halton Arp werd geboren in 1927 en stierf in 2013, op 86-jarige leeftijd. Zijn grote project, de samenstelling van The Atlas of Peculiar Galaxies, stamt uit 1966. Hij bracht 338 redelijk nabij gelegen sterrenstelsels in kaart, die buiten de normale categoriën vielen. Het was zijn bedoeling een naslagwerk te creëren dat astronomen konden gebruiken om theoriën over de vorming van sterrenstelsels te testen. Deze 338 sterrenstelsels, hoewel sommige al andere aanduidingen hadden, staan nu bekend als Arp-objecten. 
In deel 2 wil ik een aantal Arp-objecten aan jullie voorstellen. Dat kan ik doen als een fotoreportage, waarbij het dan de bedoeling is dat jullie 'ooooh' en 'aaah, wat mooi' roepen, maar persoonlijk lijkt het me aardiger om er ook iets bij te vertellen. Ja, ze zijn mooi, maar wat zien we nou eigenlijk? Welke informatie halen we uit die plaatjes?

073c42c6876fd75299ea3c7284872f9e_medium.

Afsluiten met 'Shock and Awe'? 

Ja, daar heb ik even zin in. Laten we beginnen met een duidelijk beeld. 
We nemen een zandkorrel en leggen het op de top van onze wijsvinger. We strekken onze arm en kijken naar de zandkorrel. Zie je welk gedeelte van de hemel door de zandkorrel bedekt wordt? Dat is toch bijna niks? 
NASA heeft hier wat mee gedaan. Ze gaven de Hubble ruimtetelescoop de opdracht om in te zoomen op dat gedeelte van de sterrenhemel dat door zo'n zandkorreltje bedekt wordt. Vrijwel niets dus. Een hele lange belichtingstijd en dan kijken wat voor foto dit oplevert.

Voilà! Een beeld van ongeveer 10.000 sterrenstelsels, miljarden lichtjaren van ons verwijderd. Dát is het resultaat.

06780d533da40ee88c03eb9363981985_medium.

Ze zijn er. Ze zijn 'out there'. Proven beyond a reasonable doubt. Hun licht is miljarden jaren oud. Als er wezens zijn, ergens in deze sterrenstelsels, die naar ons kijken, zullen ze nog miljarden jaren moeten wachten totdat ze ons kunnen zien. Als ze weten hoe en waarnaar ze moeten kijken.
Wij zien de metropolen waar zij wonen zoals ze er miljarden jaren geleden uitzagen. Tussen toen en nu, we hebben geen idee of en hoeveel levende wezens daar zijn ontstaan en weer uitgestorven. Geen idee of we ze als levend zouden hebben herkend. Geen idee hoeveel beschavingen daar zijn ontwaakt, hebben gebloeid en weer zijn vergaan. We zullen het nooit weten, we zullen er waarschijnlijk nooit komen. We zijn nietig, onbeduidend en klein, maar groots in het voorrecht dat we dit allemaal mogen en kunnen zien. En als troost, we hebben onze fantasie, ons logisch denkvermogen en ons inlevingsvermogen. Daarmee komen we een heel eind.

 

Het vervolg lezen? Dat kan in deel 2.

24/12/2015 15:18

Reacties (1) 

25/12/2015 00:11
Echt subliem.
Copyright © Tallsay.com. Alle rechten voorbehouden.
Door gebruik te maken van deze website geef je aan dat je onze Algemene voorwaarden en ons Privacy statement accepteert