27-06-11

Sterrenstelsels

Omdat we nogal wat reizigers onder ons midden hadden die net terug waren hebben we de open agenda even opzij geschoven en deze mensen hun relaas laten doen.

Paul Rackels beet de spits af. Tijdens zijn verblijf in Zuid-Spanje liet hij, via SMS, Lambert weten een excursie te willen maken naar het Duits-Spaans Astronomische Centrum te Calar Alto, gelegen in de Sierra de Los Filabres, Andalucia, ten noorden van Almeria Het is een samenwerking van het Maw-Planck Instiyuut te Heidelberg (De) en het Instituto de Astrofisica de Andalucia (SP) in Granada, Spanje. Caltar Alto beschikt over drie telescopen, openingen van 1.22m , 2.2m en 3.5m. De grootste kijker doet op dit moment baanbrekend onderzoek naar sterrenstelsels onder de projectnaam CALIFA. Het onderzoek zal een tijdspanne van drie jaren beslaan. Paul beschreef de omgeving, wist dat er in de buurt van de sterrenwachten twee hotels te vinden zijn en dat je best een bezoek op voorhand tot in de detail regelt. De sterrenwachten zijn op een berg gelegen en de toegang is vrij steil. Aan de zuidelijke kant van het gebergte, wist Paul, kan je niet minder dan 2000 plantensoorten vinden. Spectaculaire ravijnen en canyons voor de liefhebbers. Het klimaat ter plaatste kent enorm veel zonnedagen per jaar, maar…..ongelukkigerwijs was het barslacht weer tijdens de periode die Paul uitkoos voor een bezoek. Niettemin, we dankten Paul voor zijn inbreng en toelichting.

Onze tweede globetrotter van de avond van Gerard Verschaeren. Gerard heeft net een cruise achter de rug. De rit (of noemen we dat de vaart?) bracht hem van Miami naar Tenerife.  Gerard had wel geluk: hij maakte een regeling met de kapitein en mocht ’s nacht op de voorplecht verblijven (op z’n Titanic’s) om zich daar ongehinderd door enige vorm van storende lichtbronnen te wijden aan een diepgaand onderzoek van het hemelgewelf. Gerard vond op de voorplecht een overweldigend aanbod aan sterren. Zoveel en zo helder dat het identificeren welhaast een onmogelijke opdracht werd. Gerard greep terug naar de bekende sterrenbeelden en vertrok van de Grote Beer op zoek naar de andere sterrenbeelden. Orion werd ook redelijk snel gevonden. Het feit dat de sterrenbeelden gekanteld lagen maakte de zoektocht niet gemakkelijker. Fotograferen, op een varend schip (wat is het verschil tussen een schip en een boot?) en dan ook nog zonder een statief was een onbegonnen werk. Gerard betreurde het feit dat hij de camera nog niet helemaal kende. Aan de ene kant; langere belichtingstijden vanaf een niet stilstaand object maken astrofotografie zo goed als onmogelijk. Aan de andere kant: de pretlichtjes in Gerard’s ogen lieten ons wel verstaan dat hij toch genoten heeft van de ervaring en dat is waar het om gaat!

De titel van derde globetrotter van de avond viel te beurt aan Job Beeren. Zoals eerder gemeld: Job is terug in het land en bracht een verslag van zijn astronomische ervaring in de Verenigde Emiraten. Het werd een relaas vol van zand, stof en strooilicht en heersende temperaturen van rond de 60°C.. Zand, omwille van de nabijheid van de woestijn, stof als gevolg van verschillende zandstormen die hun locatie teisterde en tenslotte strooilicht van het nabije Dubai. We weten allemaal hoe funest stof en storende lichtbronnen zich optellen! De waarnemingen die Job terplekke kon maken beperkten zich tot het waarnemen van Saturnus en de maan. Veel sterren waren niet zichtbaar vanwege de overdaad aan storende elementen, zoals hierboven beschreven. Extra bescherming van camera en andere toestellen is geen overbodige luxe in deze omstandigheden. Job liet weten een bezoek gebracht te hebben aan de Burj Khalifa, een wolkenkrabber in de stad Dubai in de Verenigde Arabische Emiraten, en momenteel het hoogste gebouw ter wereld met een hoogte van 828 meter. Het gebouw werd met groots vuurwerk geopend op 4 januari2010.Tijdens de bouw stond de toren bekend onder de naam Burj Dubai, letterlijk: Toren van Dubai), maar enkele uren voor de opening werd de toren herdoopt tot Burj Khalifa, een verwijzing naar Khalifa bin Zayed Al Nahayan, president van de Verenigde Arabische Emiraten en emir van het naburige Abu Dhabi. Job wist, want op de toren geweest,  dat je van de effecten van de wind op de toren niets merkt.

Een vierde item op onze agenda werd gebracht door Dirk Schuurmans. In deze tijden van elektronische geweld, meer specifiek de lasers die we gebruiken voor het afstellen van onze kijkers, dacht Dirk: “wat zou het effect zijn als ik de laser van een waterpas eens zou ombouwen naar een pionter?” en knutselde een “home-made” laserpen. Kan deze ook gebruikt worden om sterren aan te wijzen? Neen, een dergelijke laser geeft enkel een punt en geen straal. We lieten onze gedachten gaan over verschillende typen van lasers, waarom een rode laser een punt geeft en een groene een straal. Dirk dacht aan de golflengte. Job kijkt dit voor ons na en zal eerstvolgende keer uitleg verschaffen. Alle sprekers werden bedankt voor hun actieve bijdrage en toelichting en het woord werd gegeven aan Lambert voor zijn bijdrage van de avond:  De uiteenzetting begon metaforisch met het vergelijken van huizen en sterren. Eén enkele ster, één enkel huis. Meerdere sterren (sterrenhoop) en meerdere huizen, we hebben een straat. Onze Melkweg, een “straat” van sterren verlicht onze nachtelijke hemel. Het ene seizoen een beetje markanter dan het andere. Een heleboel “straten”, kort op elkaar en je hebt al snel een metropool, een gecomprimeerde wereld van licht en beweging. Een sterrenstelsel, een metropool van sterren. Laat de Melkweg achter je en “steden van ontelbare sterren” worden zichtbaar. We kennen deze objecten als….

sterrenstelsels.

Big Bang, T+100s. : het heelal koelt verder af en er kunnen zich heliumkernen vormen.  

T+300.000 jaar: het heelal is zó ver afgekoeld dat de elektronen aan atomen worden gebonden. Licht kan nu dus ongehinderd door de atomen heen beginnen bewegen. Voorheen was alles donker.

T+1 miljard jaar: rond deze periode moeten de eerste melkwegstelsels zijn ontstaan uit kleine “foutjes” in het heelal. Deze fouten kunnen bijvoorbeeld kleine temperatuurverschillen zijn of minuscule zwarte gaten die ontstaan zijn bij de oerknal.

T+13,7 miljard jaar: hier leven wij nu. Er is lang discussie geweest over hoe oud het heelal nu eigenlijk is. Schattingen liepen ruwweg tussen de 10 en 20 miljard jaar. Onlangs is met nauwkeurige metingen van de WMAP satelliet de leeftijd op 13,7 miljard jaar vastgesteld. Dit resultaat zou op 0,2 miljard jaar nauwkeurig moeten zijn. Een sterrenstelsel is een enorme verzameling sterren, gravitationeel gebonden. Het aantal individuele sterren kan enorm verschillen, van een paar miljard tot …… Kleine stelsels, de dwergstelsels tellen enkele miljarden sterren. De superstelsels, zoals NGC 1132 (elliptisch stelsel) reiken tot 1 biljoen sterren. (10.000.000.000.000). Hoe werden sterrenstelsels gevormd? We weten weinig over de vorming van sterrenstelsels en vragen ons nog steeds af: wie was het eerst, stelsels of zwarte gaten? Het jonge heelal was relatief uniform, een zee van gas en donkere materie, meer dan duizenden graden heet. Gebaseerd op de echo van de BB, de achtergrondstraling, vermoedt men dat materie klonterde, 300.000 j na de BB. Op dit tijdstip werd het heelal “koeler” en doorzichtig. Structuren zoals sterren en sterrenstelsels werden vermoedelijk gevormd 500 miljoen jaren na de BB. Niemand weet hoe materie voor het eerst samen klonterde. Hoe werden sterrenstelsels gevormd? Walter Baade deed een vergaande studie naar de vorming van sterrenstelsels in de jaren 50.Hij ontdekte oude (11 miljard j) metaal-arme (H-He) sterren rond de Melkweg. Materiaal  voortkomende uit supernovae (rijker in metalen en uitgestoten in het interstellair medium) nestelt zich in de actievere jonge sterren in ons sterrenstelsel. Dit model van Baade kreeg de naam ELS (Olin Eggen - Donald Lynden-Bell – Allan Sandage). Als gas instort door zwaartekracht creëert dit een sferische halo. Als er dan nog meer gas toegevoegd wordt begint dit te roteren en wordt gaande wijs verrijkt met zwaardere metalen. Er vormen zich “eilanden” van materieschijven binnen het stelsel. Dit is theorie één.

 Theorie twee: de “Mergers”. Onder deze noemer zullen “protostelsels”, vlokken van gas, gravitationeel naar elkaar toe trekken. Ze fusioneren samen en vormen de sterrenstelsels in het jonge heelal. Naarmate de tijd verstrijkt zullen  stelsels van diverse afmetingen zich binden met de oudere stelsels. Meer en meer astronomen beginnen dit model aan te nemen. Ze nemen aan dat het merendeel van de stelsels zich via dit proces gevormd hebben. Ze noemen dit proces het “small-to-big”-pad. HST-Deep Space beelden onderbouwen deze stelling. Ons Melkwegstelsel zou het resultaat kunnen zijn van het samengaan van een honderdtal kleine stelsels, doorheen de tijd. Open vraag: Niemand weet of sterrenstelsels eerst samen kwamen als gaswolken om dan sterren te vormen of…. dat eerst de sterren gevormd werden uit de gaswolken om dan te condenseren in sterrenstelsels.

 Theorie drie: zwarte gaten. Zwarte gaten werden als eerste gevormd in zware wolken van materie. Deze “zware” wolken versnellen de heldere omliggende materie. Deze materie, net buiten het bereik van het zwarte gat, is de basis voor de vorming van de sterrenstelsels. Zwarte gaten vinden we in het centrum van vele grote – tot medium-grote sterrenstelsels. Zwarte gaten zijn de motoren van de ver verwijderde quasars (hoog- energetische jonge sterrenstelsels). De James Webb-telescoop (2014) zal, na ingebruikstelling,  als eerste opdracht deze stelling onderzoeken.

Edwin Hubble (1889-1953) bedacht in 1926 de gekende “stemvork”, een classificatie van de verschillende types sterrenstelsels. De stemvork van Hubble toont hoe spiraalstelsels verschillen van elliptische stelsels. Er is zelfs een departement met spiralen die een centrale balk hebben, hun aanduiding begint met SB Let wel: de “stemvork” is geen evolutionair diagram, dus niet lezen als zijnde een kaart of zoiets als het HRD. We herkennen vijf soorten stelsels: Elliptisch (E0-E7), Lensvormig (SO), Spiraalvormig (Sa-Sc), Balkspiraal (Sba-SBc) en.alles wat hiervan afwijkt zijn  “onregelmatige” stelsels. We vergeleken de stemvork van Edwin Hubble met de meer gedetailleerde (infrarood-) kaart van de Spitzer Space Telescope. Deze vork geeft een meer gedetailleerd zicht op de “bulge”, de centrale verdikking rond elk centrum.

 Wat zijn de verschillen tussen die soorten stelsels? Spiraalstelsels zijn het thuis van jonge, hete sterren. Dit is zichtbaar in de blauw-witte kleur van de spiraalarmen. De rode vlekken die je ziet in de armen zijn stervorminggebieden. Er zijn vele “kraamkamers”. De kleuren en de temperaturen van sterren zijn aan elkaar gelinkt. De heldere blauwe en witte sterren in de stelsels zijn heter dan de gele en rode sterren. Maar…ze verbranden wel sneller en naarmate het stelsel ouder wordt, zal er minder stof en gas voorhanden zijn en stervorming komt tot een einde. De sterren branden  zich door de hoofdreeks en doven uit. Alles wat overblijft zijn  gele en rode sterren. Elliptische stelsels, een andere classificatie. Deze stelsels hebben geen bijzondere structuur. Ze hebben de vorm van een bol of een platte schijf.  Ze worden aangeduid met de letter E, gevolgd door een cijfer van 0 tot 7.    0 wil zeggen bolvormig, 7 is lensvormig. Er zijn ook verschillende formaten mogelijk. De kleinste zijn de dwergelliptische stelsels, met diameters tussen de 4.000 en 10.000 lichtjaar (onze Melkweg heeft een diameter van meer dan 100.000 lichtjaar).  Ze komen voor als begeleiders van grotere melkwegstelsels, zoals onze Melkweg.  Er komen ook reuze-elliptische stelsels voor. De grootste kunnen een diameter van bijna 2 miljoen lichtjaar bereiken. Ze hebben de aanduiding gE (g van giant), de reuzen onder de sterrenstelsels. Als je nu eens nauwkeurig naar een elliptisch stelsel kijkt zie je al vrij snel dat de sterren geler zijn dan in de spiraalstelsels. Nog iets wat gaat opvallen….in een elliptisch stelsel  zitten veel meer sterren dan in een  spiraalstelsel. Even op een rijtje zetten: hete sterren “doven” uit en ineens hebben we een elliptisch stelsel met méér sterren?

Waar komen die vandaan? We zagen een computersimulatie van twee stelsels, gevangen in elkaars zwaartekracht. Ze vermengen zich samen tot één nieuw en groter stelsel! Men vermoedt dat sterrenstelsels “groeien” door te “mergen”, samengaan. Dit mergen gebeurd via botsingen die over een heel lange tijdschaal doorgaan. Te lang om in een mensenleven te kunnen waarnemen. Wat we wel kunnen zien zijn de verschillende stadia van dergelijke “mergers”. Met computersimulaties worden de gaten ingevuld. Wetenschappers denken te weten dat ons huidig stelsel het resultaat is van het “mergen” van verschillende dwergstelsels.

Onze toekomst? De Melkweg botst met de Andromedanevel om uiteindelijk na een lang proces een nieuw gigantisch elliptisch stelsel te vormen. Foute boel?  Neen, de dichtheid in spiraalarmen is zo ijl dat er eigenlijk weinig gebeurd.

 Een lensvormig sterrenstelsel is een type sterrenstelsel dat zich volgens de Hubble-sequentie tussen een elliptisch en een spiraalvormig sterrenstelsel bevindt. Lensvormige sterrenstelsels behoren tot de schijfsterrenstelsels, die al veel van hun interstellair medium hebben opgebruikt en daarom maar erg weinig stervorming kennen.  Lensvormige sterrenstelsels bestaan voornamelijk uit al wat oudere sterren (zoals in een elliptisch sterrenstelsel). Het stof in veel lensvormige sterrenstelsels bevindt zich in de kern. Lensvormige sterrenstelsels hebben niet zoveel verschillende vormen als spiraalvormige sterrenstelsels.

 Onregelmatige stelsels. M82 (Messier 82 / NGC 3034) is een onregelmatig sterrenstelsel in het sterrenbeeld Grote Beer in de M81-groep.  Het is een sterrenstelsel waar de mate van sterformatie het tienvoudige is van dat in een "normaal" sterrenstelsel.  De oorzaak hiervan is een dichte nadering van M82 tot het naburige stelsel M81, zo'n 100 miljoen jaar geleden (De kernen van de 2 liggen momenteel slechts 150 000 lichtjaar van elkaar af). M82 werd door Johann  Bode ontdekt op dezelfde dag dat hij M81 ontdekte. Onze buren, de Magelhaense wolken, zijn onregelmatige sterrenstelsels. De Lokale Groep is een groep melkwegstelsels die t.o.v. elkaar ongeveer dezelfde afstand behouden. Door het uitdijen van het heelal verwijderen de meeste stelsels zich van ons, maar die van de Lokale Groep zijn gebonden door de zwaartekracht. Ze wordt gedomineerd door twee grote spiraalstelsels, het onze en het Andromeda-stelsel, M31.  Ze hebben beiden een groep begeleidende kleinere stelsels. De Melkweg heeft  de Magelhaense wolken, M31 heeft de kleine elliptische stelsels NGC 205 en M32 (ook NGC 221 genaamd). M31 staat op een afstand van ongeveer 2,2 miljoen lichtjaar. Het stelsel is zo'n 65% zwaarder dan de Melkweg. Het is het verst verwijderde object dat nog met het blote oog zichtbaar is. Door een telescoop zien we het stelsel van opzij, onder een hoek van ongeveer 15°. Een kleiner spiraalstelsel, M33 of het Driehoeksstelsel maakt eveneens deel uit van de Lokale Groep. Andere leden zijn Leo-1 en -2, Ursa Minor en Draco, allen kleine elliptische stelsels. In totaal bevat de Groep 15 stelsels. Over sommigen is er nog discussie of ze er bij horen of niet, zoals de beide Maffei-stelsels.

 Het heelal zit vol mysteries. Eén daarvan is een ongekende vorm van materie (in een hoge abundantie). Donkere materie. Om dit fenomeen te begrijpen heeft men gepoogd het universum op verschillende manieren te “wegen”. Het bestaan van donkere materie werd in de jaren 30 gepostuleerd door Jan Oort, als gevolg van observaties van sterren in de buurt. Omdat een sterrenstelsel niet “uit elkaar” vliegt, oordeelde Jan Oort, moet er genoeg materie in het stelsel zijn om te verhinderen dat sterren zich van het centrum zouden verwijderen. Maar….er scheen niet genoeg zichtbaar materiaal voor te komen om te verhinderen dat de sterren zouden ontsnappen. Jan Oort berekende dat er in de buurt drie maal meer donkere materie zou bestaan dan zichtbare materie. Sterker bewijs kwam toen men de halo’s van stelsels ging bestuderen. Volgens de wetten van Newton moeten de omloopsnelheden van sterren om het centrum van het stelsel dramatisch lager liggen naarmate ze de onderlinge afstand tot het centrum vergroten. Wat stelt men vast? Snelheid blijft dezelfde, ongeacht hoe ver weg van het centrum. Verklaring voor dit gegeven is dat een enorme sferische halo van donkere materie de zichtbare materie omhuld. Nog een aanwijzing voor donkere materie komt voort uit studies van de sterrenstelsels- clusters. In de jaren 30 ontdekte Fritz Zwicky grote wolken van donkere materie in de Coma-cluster (300 miljoen lj afstand). Zwicky vond dat zichtbare materie slechts 10% hoeft  uit te maken van de totale massa om een sterrenstelsel gravitationeel bij elkaar te houden.  Hieruit leidde hij af dat vermoedelijk 90% van de aanwezige materie donkere materie zou kunnen zijn…. Wat is donkere materie? Eén van de meest intrigerende vraagstukken op dit moment. Het zouden neutrino’s kunnen zijn, het zouden bruine dwergen kunnen zijn…..,het zouden neutronensterren kunnen zijn….., misschien de zwarte gaten of misschien exotische deeltjes zoals axionen, massieve neutrino’s, fotino’s, of waterstofgas, op drift tussen de stelsels? Wat het ook is…..het zal een heel bepalende rol gaan spelen in het voortbestaan van ons heelal. Als er genoeg donkere materie voorhanden is kan de inflatie van het heelal tot een halt geroepen worden. En dan………..?  Wait and see…..

                                                                                                                                                                                                                            LBe

16:46 Gepost door Lambert Beliën | Commentaren (0) |  Facebook | |

De commentaren zijn gesloten.