Tot op zekere hoogte weten we meer over verre stellaire systemen dan over ons eigen Melkwegstelsel - de Melkweg. De structuur ervan is moeilijker te bestuderen dan de structuur van andere sterrenstelsels, omdat je hem van binnenuit moet bestuderen, en veel is niet zo gemakkelijk te zien. Interstellaire stofwolken absorberen het licht van een groot aantal verre sterren.
Alleen met de ontwikkeling van radioastronomie en de komst van infraroodtelescopen hebben wetenschappers kunnen begrijpen hoe onze Melkweg werkt. Maar veel details blijven tot op de dag van vandaag onduidelijk. Zelfs het aantal sterren in de Melkweg wordt grof geschat. In de nieuwste elektronische gidsen staan nummers van 100 tot 300 miljard sterren.
Nog niet zo lang geleden werd aangenomen dat onze Galaxy 4 grote armen heeft. Maar in 2008 publiceerden astronomen van de Universiteit van Wisconsin de resultaten van de verwerking van ongeveer 800.000 infraroodbeelden gemaakt door de Spitzer Space Telescope. Uit hun analyse bleek dat de Melkweg slechts twee armen heeft. Wat betreft de andere mouwen, het zijn slechts smalle zijtakken. De Melkweg is dus een spiraalstelsel met twee armen. Opgemerkt moet worden dat de meeste van de ons bekende spiraalstelsels ook maar twee armen hebben.
"Dankzij de Spitzer-telescoop hebben we de mogelijkheid om de structuur van de Melkweg te heroverwegen," zei astronoom Robert Benjamin van de Universiteit van Wisconsin, die sprak op de conferentie van de American Astronomical Society. "We verfijnen ons begrip van de Melkweg op dezelfde manier als eeuwen geleden, toen de ontdekkers de wereld rondreisden, ze verfijnden en heroverwogen eerdere ideeën over hoe de aarde eruit ziet."
Sinds het begin van de jaren 90 van de twintigste eeuw hebben waarnemingen in het infraroodbereik onze kennis van de structuur van de Melkweg steeds meer veranderd, omdat infraroodtelescopen het mogelijk maken om door wolken van gas en stof te kijken en te zien wat ontoegankelijk is voor conventionele telescopen.
2004 - De leeftijd van onze Melkweg werd geschat op 13,6 miljard jaar. Het ontstond kort na de oerknal. In het begin was het een diffuse gasbel die voornamelijk waterstof en helium bevatte. Na verloop van tijd veranderde het in een enorm spiraalvormig sterrenstelsel waarin we nu leven.
algemene karakteristieken
Promotie video:
Maar hoe verliep de evolutie van onze Melkweg? Hoe is het ontstaan - langzaam of juist heel snel? Hoe was ze doordrenkt met zware elementen? Hoe veranderde de vorm van de Melkweg en zijn chemische samenstelling in miljarden jaren? Wetenschappers hebben nog geen gedetailleerde antwoorden op deze vragen.
Ons Melkwegstelsel is ongeveer 100.000 lichtjaar lang en de gemiddelde dikte van de galactische schijf is ongeveer 3.000 lichtjaar (de dikte van het bolle deel - de uitstulping - bereikt 16.000 lichtjaar). Echter, in 2008 suggereerde de Australische astronoom Brian Gensler, na analyse van de resultaten van waarnemingen van pulsars, dat de galactische schijf waarschijnlijk twee keer zo dik is als algemeen wordt aangenomen.
Is onze Melkweg groot of klein naar kosmische maatstaven? Ter vergelijking: de Andromedanevel, het dichtstbijzijnde grote sterrenstelsel bij ons, heeft een diameter van ongeveer 150.000 lichtjaar.
Eind 2008 stelden onderzoekers met behulp van radioastronomiemethoden vast dat de Melkweg sneller draait dan eerder werd gedacht. Afgaande op deze indicator is de massa ongeveer anderhalf keer hoger dan algemeen werd aangenomen. Volgens verschillende schattingen varieert het van 1,0 tot 1,9 biljoen zonsmassa's. Nogmaals, ter vergelijking: de massa van de Andromeda-nevel wordt geschat op minstens 1,2 biljoen zonsmassa's.
Structuur van sterrenstelsels
De Melkweg is dus niet kleiner dan de Andromedanevel. "We moeten onze melkweg niet langer behandelen als het kleine zusje van de Andromedanevel", zei astronoom Mark Reid van het Smithsonian Center for Astrophysics aan de Harvard University. Tegelijkertijd, aangezien de massa van ons Melkwegstelsel groter is dan verwacht, is de zwaartekracht ook hoger, wat betekent dat de kans op een botsing met andere sterrenstelsels in onze omgeving toeneemt.
Zwart gat
Ons Melkwegstelsel is omgeven door een bolvormige halo met een diameter van 165.000 lichtjaar. Astronomen verwijzen soms naar de halo als de 'galactische atmosfeer'. Het bevat ongeveer 150 bolvormige sterrenhopen, evenals een klein aantal oude sterren. De rest van de halo-ruimte is gevuld met ijl gas, evenals donkere materie. De massa van de laatste wordt geschat op ongeveer een biljoen zonsmassa's.
De spiraalarmen van de Melkweg bevatten enorme hoeveelheden waterstof. Hier worden nog steeds sterren geboren. Na verloop van tijd verlaten jonge sterren de armen van melkwegstelsels en "migreren" naar de galactische schijf. De meest massieve en helderste sterren leven echter vrij kort, daarom hebben ze geen tijd om weg te gaan van hun geboorteplaats. Het is geen toeval dat de armen van ons Melkwegstelsel zo helder gloeien. Het grootste deel van de Melkweg bestaat uit kleine, niet erg zware sterren.
Het centrale deel van de Melkweg bevindt zich in het sterrenbeeld Boogschutter. Dit gebied is omgeven door donkere wolken van gas en stof, waarachter niets te zien is. Pas sinds de jaren vijftig hebben wetenschappers met behulp van radioastronomie geleidelijk kunnen zien wat daar ligt. In dit deel van de Melkweg werd een krachtige radiobron ontdekt, Boogschutter A genaamd. Waarnemingen toonden aan dat hier een massa geconcentreerd is die de massa van de zon miljoenen malen overschrijdt. De meest acceptabele verklaring voor dit feit is alleen mogelijk: er is een zwart gat in het centrum van onze Melkweg.
Nu nam ze om de een of andere reden een pauze voor zichzelf en vertoont ze niet veel activiteit. De toestroom van materie is hier erg schaars. Misschien krijgt het zwarte gat na verloop van tijd eetlust. Dan zal het opnieuw beginnen met het absorberen van de sluier van gas en stof die het omringt, en de Melkweg zal zich bij de lijst van actieve melkwegstelsels voegen. Het is mogelijk dat daarvoor in het centrum van de Melkweg sterren krachtig beginnen te verschijnen. Dergelijke processen zullen waarschijnlijk regelmatig worden herhaald.
2010 - Amerikaanse astronomen die de Fermi Space Telescope gebruikten, ontworpen om de bronnen van gammastraling te observeren, ontdekten twee mysterieuze structuren in ons Melkwegstelsel: twee enorme bellen die gammastraling uitzenden. Elk van hen heeft een gemiddelde diameter van 25.000 lichtjaar. Ze verspreiden zich vanuit het centrum van de Melkweg in de noord- en zuidrichting. Misschien hebben we het over de stromen deeltjes die ooit werden uitgestoten door een zwart gat in het midden van de Melkweg. Andere onderzoekers denken dat we het hebben over gaswolken die explodeerden toen sterren werden geboren.
Rondom de Melkweg bevinden zich verschillende dwergstelsels. De bekendste hiervan zijn de Grote en Kleine Magelhaense Wolken, die met de Melkweg zijn verbonden door een soort waterstofbrug, een enorme gaspluim die zich achter deze sterrenstelsels uitstrekt. Het heette "Magelhaense Stroom". Het meet ongeveer 300.000 lichtjaar in doorsnede. Ons Melkwegstelsel overspoelt constant de dichtstbijzijnde dwergstelsels, in het bijzonder het Boogschutterstelsel, dat zich 50.000 lichtjaar van het galactische centrum bevindt.
Het blijft om toe te voegen dat de Melkweg en de Andromeda-nevel naar elkaar toe bewegen. Vermoedelijk zullen over 3 miljard jaar beide sterrenstelsels samenvloeien om een groter elliptisch sterrenstelsel te vormen, dat al "Melkachtige Honing" werd genoemd.
De oorsprong van de Melkweg
Lange tijd werd aangenomen dat de Melkweg zich geleidelijk vormde. 1962 - Olin Eggen, Donald Linden-Bell en Allan Sandage stelden een hypothese voor die bekend werd als het ELS-model (genoemd naar de beginletters van hun achternaam). Volgens haar draaide ooit een homogene gaswolk langzaam rond in plaats van de Melkweg. Het leek op een bol en was ongeveer 300.000 lichtjaar in doorsnede, en bestond voornamelijk uit waterstof en helium. Onder invloed van de zwaartekracht kromp de protogalaxie en werd plat; tegelijkertijd versnelde zijn rotatie merkbaar.
Andromeda's nevel
Bijna twee decennia lang was dit model geschikt voor wetenschappers. Maar de nieuwe waarnemingen toonden aan dat de Melkweg niet had kunnen ontstaan zoals de theoretici dicteerden.
Volgens dit model wordt eerst een halo gevormd en vervolgens een galactische schijf. Maar de schijf bevat ook zeer oude sterren, bijvoorbeeld de rode reus Arcturus, wiens leeftijd meer dan 10 miljard jaar is, of talrijke witte dwergen van dezelfde leeftijd.
Er zijn bolvormige clusters gevonden in zowel de galactische schijf als de halo die jonger zijn dan het ELS-model suggereert. Het is duidelijk dat ze worden opgeslokt door onze latere Melkweg.
Veel sterren in de halo draaien in een andere richting dan de Melkweg. Misschien bevonden zij zich ook ooit buiten de Melkweg, maar toen werden ze in deze "stervortex" gezogen - als een toevallige zwemmer in een draaikolk.
1978 Leonard Searle en Robert Zinn stelden hun eigen model voor voor de vorming van de Melkweg. Ze werd aangeduid als "model SZ". Nu is de geschiedenis van de Melkweg veel gecompliceerder geworden. Nog niet zo lang geleden werd haar jeugd in de hoofden van astronomen beschreven als, naar de mening van natuurkundigen, een rechtlijnige translatiebeweging. De mechanica van wat er gebeurde was duidelijk zichtbaar: er was een homogene wolk; het bestond alleen uit het gelijkmatig verspreiden van gas. Niets, door zijn aanwezigheid, compliceerde de berekeningen van theoretici.
Nu, in plaats van één enorme wolk in de visioenen van wetenschappers, verschenen er meerdere kleine, grillig verspreide wolken tegelijk. Onder hen waren de sterren; ze bevonden zich echter alleen in de halo. Alles in de halo kookte: de wolken botsten; de gasmassa's werden gemengd en verdicht. In de loop van de tijd werd uit dit mengsel een galactische schijf gevormd. Er begonnen nieuwe sterren in te verschijnen. Maar dit model werd later bekritiseerd.
Het was onmogelijk te begrijpen wat de halo en de galactische schijf met elkaar verbond. Deze verdikkende schijf en de spaarzame sterrenomhulling eromheen hadden weinig gemeen. Al nadat Searle en Zinn hun model hadden gemaakt, bleek dat de halo te langzaam roteert om een galactische schijf te vormen. Te oordelen naar de verdeling van chemische elementen, kwamen de laatste voort uit protogalactisch gas. Ten slotte bleek het impulsmoment van de schijf 10 keer hoger te zijn dan dat van de halo.
Het geheim is dat beide modellen een kern van waarheid bevatten. Het probleem is dat ze te simpel en eenzijdig zijn. Beide lijken nu fragmenten te zijn van hetzelfde recept waarmee de Melkweg is gemaakt. Eggen en zijn collega's lazen een paar regels uit dit recept, Searle en Zinn een paar anderen. Daarom, in een poging ons de geschiedenis van onze Melkweg opnieuw voor te stellen, zien we af en toe bekende regels die al een keer zijn gelezen.
Melkweg. Computermodel
Dus het begon allemaal kort na de oerknal. “Tegenwoordig wordt algemeen aangenomen dat fluctuaties in de dichtheid van donkere materie aanleiding gaven tot de eerste structuren - de zogenaamde donkere halo's. Dankzij de zwaartekracht zijn deze structuren niet uiteengevallen”, merkt de Duitse astronoom Andreas Burkert op, de auteur van een nieuw model van de geboorte van de Melkweg.
Donkere halo's werden de embryo's - kernen - van toekomstige sterrenstelsels. Gas verzamelde zich om hen heen onder invloed van de zwaartekracht. Er trad een homogene ineenstorting op, zoals het ELS-model het beschrijft. Reeds 500-1000 miljoen jaar na de oerknal werden de gasclusters die de donkere halo's omringden "broedplaatsen" van sterren. Hier verschenen kleine protogalaxies. In dichte gaswolken ontstonden de eerste bolvormige sterrenhopen, omdat hier honderden keren vaker sterren werden geboren dan waar dan ook. Protogalaxies kwamen in botsing en versmolten met elkaar - zo werden grote sterrenstelsels gevormd, inclusief onze Melkweg. Tegenwoordig is het omgeven door donkere materie en een halo van enkele sterren en hun bolvormige sterrenhopen, deze ruïnes van het universum, waarvan de leeftijd meer dan 12 miljard jaar is.
Er waren veel zeer zware sterren in de protogalaxies. In minder dan enkele tientallen miljoenen jaren zijn de meeste ontploft. Deze explosies verrijkten de gaswolken met zware chemische elementen. Daarom werden niet zulke sterren geboren in de galactische schijf als in de halo - ze bevatten honderden keren meer metalen. Bovendien veroorzaakten deze explosies krachtige galactische draaikolken die het gas verwarmden en uit de protogalaxies veegden. De scheiding van gasmassa's en donkere materie heeft plaatsgevonden. Dit was de belangrijkste fase in de vorming van sterrenstelsels, waarmee in geen enkel model eerder rekening werd gehouden.
Tegelijkertijd kwamen donkere halo's steeds meer met elkaar in botsing. Bovendien strekten de protogalaxieën zich uit of vielen uit elkaar. Deze rampen doen denken aan de ketens van sterren die sinds de "jeugd" in de halo van de Melkweg bewaard zijn gebleven. Door hun locatie te bestuderen, is het mogelijk om de gebeurtenissen in die tijd te beoordelen. Geleidelijk aan werd uit deze sterren een enorme bol gevormd - de halo die we zien. Terwijl het afkoelde, drongen gaswolken erin. Hun impulsmoment bleef behouden, omdat ze niet instortten tot een enkel punt, maar een roterende schijf vormden. Dit alles gebeurde meer dan 12 miljard jaar geleden. Het gas werd nu gecomprimeerd zoals beschreven in het ELS-model.
Op dit moment wordt ook de "uitstulping" van de Melkweg gevormd - het middelste deel, dat lijkt op een ellipsoïde. Ardennen is samengesteld uit zeer oude sterren. Het is waarschijnlijk ontstaan uit de fusie van de grootste protogalaxies die het langst gaswolken hebben vastgehouden. Daartoe behoorden neutronensterren en kleine zwarte gaten - overblijfselen van exploderende supernovae. Ze versmolten met elkaar en absorbeerden tegelijkertijd gasstromen. Misschien is dit de manier waarop een enorm zwart gat werd geboren, dat zich nu in het centrum van onze Melkweg bevindt.
De geschiedenis van de Melkweg is veel chaotischer dan eerder werd gedacht. Ons thuisstelsel, indrukwekkend zelfs naar kosmische maatstaven, werd gevormd na een reeks van inslagen en fusies - na een reeks kosmische rampen. Sporen van die oude gebeurtenissen zijn nog steeds terug te vinden.
Zo draaien bijvoorbeeld niet alle sterren in de Melkweg rond het galactische centrum. Waarschijnlijk heeft ons Melkwegstelsel gedurende de miljarden jaren van zijn bestaan veel medereizigers "opgeslokt". Elke tiende ster in de galactische halo is minder dan 10 miljard jaar oud. Tegen die tijd had de Melkweg zich al gevormd. Misschien zijn dit de overblijfselen van de ooit gevangen dwergstelsels. Een groep Britse wetenschappers van het Astronomical Institute (Cambridge), onder leiding van Gerard Gilmour, berekende dat de Melkweg blijkbaar 40 tot 60 dwergstelsels zoals Karin zou kunnen absorberen.
Bovendien trekt de Melkweg enorme hoeveelheden gas aan. Zo zagen Nederlandse astronomen in 1958 veel kleine vlekjes in de halo. In feite bleken het gaswolken te zijn, die voornamelijk uit waterstofatomen bestonden en naar de galactische schijf snelden.
Onze Melkweg zal zijn eetlust in de toekomst niet matigen. Misschien absorbeert het de dwergstelsels die zich het dichtst bij ons bevinden - Fornax, Karina en waarschijnlijk Sextans, en dan zal het samensmelten met de Andromeda-nevel. Rondom de Melkweg - deze onverzadigbare "ster-kannibaal" - zal zelfs verlaten worden.
A. Volkov
