Het Melkwegstelsel

Melkwegstelsel

Alle sterren die wij aan de hemel kunnen zien, maken deel uit van één enorm groot stelsel van sterren. Dit sterren stelsel noemen wij ons Melkwegstelsel.

Je moet je ons Melkwegstelsel voorstellen als een platte schijf. De verhouding tussen dikte en diameter komt globaal overeen met die van een langspeelplaat. Wel is gebleken dat de dikte van de schijf van het Melkwegstelsel langzaam naar het centrum toeneemt. De schijf heeft een middellijn van ongeveer 100.000 lichtjaar. Dit betekent dat een lichtstraal 100.000 jaar nodig heeft om van de ene kant van ons Melkwegstelsel naar de andere kant te komen. De dikte van de schijf bedraagt bij de buitenste delen minder dan 500 lichtjaar. Naar het centrum toe neemt de dikte toe tot ruim 10.000 lichtjaar bij de centrale verdikking. Je ziet dus wel hoe enorm groot ons Melkwegstelsel is.

De Engelse sterrenkundige Thomas Wright was in 1750 de eerste die dacht dat de sterren in een platte schijf liggen. De lijn die de schijf in een noordelijke en een zuidelijke helft verdeelt noemen we de galactische evenaar. Ook ons zonnestelsel ligt binnen de platte schijf van ons Melkwegstelsel. De afstand tot het centrum van het Melkweg stelsel bedraagt ongeveer 25.000 lichtjaar. De zon bevindt zich ongeveer 25 parsec boven de galactische evenaar.

Het zal je nu misschien ook duidelijk zijn dat we veel meer licht zien wanneer we vanaf de aarde in het vlak van de schijf blijven kijken dan wanneer we kijken in enige andere richting. Thomas Wright gaf hiermee al meer dan 200 jaar geleden de juiste verklaring van wat wij als de melkweg zien.

Bijna alle objecten die je met het blote oog of met een verrekijker kunt zien, behoren tot ons Melkwegstelsel. Dus niet alleen de sterren, maar ook de nevels en de sterren hopen. Het zijn allemaal galactische objecten. Daarmee bedoelen we objecten die tot ons Melkwegstelsel behoren.

Je denkt nu misschien dat ons Melkwegstelsel wemelt van de sterren. Het is daarom goed te beseffen dat het Melkweg stelsel eigenlijk zo goed als leeg is! De ster die het dichtst bij de zon staat is Proxima Centauri. Toch bedraagt deze afstand al meer dan 4 lichtjaar. Die afstand is gelijk aan ongeveer 30 miljoen zonsmiddellijnen. Als we ons de zon voorstellen als een bal met een doorsnede van dertig centi meter, dan staat Proxima Centauri al op een afstand van 9.000 kilometer! En deze verhouding komt redelijk overeen met de onderlinge afstanden tussen de andere sterren. Ge middeld bedraagt de afstand tussen twee sterren van het Melkwegstelsel drie tot vier lichtjaar. Binnen een afstand van 17 lichtjaar van de zon treffen we slechts 45 sterren aan! Ook de dichtheid van het aanwezige gas is erg gering. Wanneer we het gemiddelde nemen over het gehele stelsel, bevinden zich in een volume van één liter ongeveer honderd atomen. Op aarde bevat één liter lucht gemiddeld maar liefst 30 tril jard (30.000.000.000.000.000.000.000) moleculen.

De voornaamste bestanddelen van het Melkwegstelsel zijn waterstof (ongeveer 73%) en helium (ongeveer 25%).

Alhoewel de gemiddelde dichtheid van het Melkwegstelsel gering is, is de totale massa aanzienlijk. Dat komt natuurlijk omdat het Melkwegstelsel zo groot is. De massa wordt geschat op ongeveer 110 miljard keer de massa van de zon! Die massa bestaat niet alleen uit sterren, maar ook uit uitgestrekte gas- en stofwolken. Deze gas- en stofwolken bemoeilijken het waarnemen. Ze houden het licht van de daarachter gelegen sterren tegen. Dit verschijnsel heet interstellaire absorptie. Vooral optisch is deze inter stellaire absorptie een groot probleem. Met optisch bedoelen we waarnemen in zichtbaar licht. Radiogolven hebben bijna geen last van die interstellaire absorptie.

De ontdekking van radiostraling was daarom van buitengewoon groot belang. Nu kon de hemel in een veel groter golflengte gebied worden waargenomen. Erg belangrijk was ook de voor spelling van de Nederlandse sterrenkundige H.C. van de Hulst in 1944. Hij ontdekte dat het waterstof tussen de sterren radiostraling uitzendt met een golflengte van 21 cm.

In 1951 werd deze radiostraling inderdaad ontdekt. Door de bestudering van de verdeling van de 21 cm straling zijn de sterrenkundigen er in geslaagd ons Melkwegstelsel in kaart te brengen. Vooral Jan H. Oort (1900-1992) is beroemd geworden door zijn onderzoekingen. In 1927 stelde hij reeds vast dat het centrum van het Melkwegstelsel in de richting van het sterrenbeeld Schutter moest liggen. Ook berekende Oort de massa van het Melkwegstelsel. In 1954 publiceerde hij zijn beroemde radiokaart van de spiraalarmen van het Melkwegstelsel. De spiraalstructuur van het Melkwegstelsel had men ook verwacht. Er was namelijk al bekend dat vele andere stelsels spiraalarmen hadden. Bovendien had de bestudering van grote aantallen sterren al aanwijzingen opgeleverd voor de spiraalstructuur van ons Melkwegstelsel.

Maar het duidelijkste bewijs kwam vooral uit de onderzoekingen van Oort dankzij de radio-astronomie.

De aanwezigheid van grote hoeveelheden gas en stofwolken in de buurt van de galactische evenaar zorgen er voor dat we het centrum van het Melkwegstelsel niet kunnen zien.

Tenminste niet in het zichtbare licht. Binnen het vlak van de melkweg kunnen we in het gunstigste geval maar ongeveer tienduizend lichtjaar ver kijken. Maar op de meeste plaatsen is dit veel minder. Gelukkig ondervinden radiostraling en infrarood-straling geen hinder van deze interstellaire absorptie. Veel van wat we over het centrum van het Melkwegstelsel te weten zijn gekomen, is dan ook te danken aan de radio-sterrenkunde. We wisten dat het centrum van het Melkwegstelsel zich in de richting van het sterrenbeeld Schutter moest bevinden. Tegenwoordig weten we nauwkeurig de positie van het centrum van het Melkweg stelsel. Deze komt namelijk overeen met de positie van de radiobronal zegt een gebied waar héél erg veel radiostraling vandaan komt. Sagittarius is de Latijnse naam van het sterrenbeeld Schutter. Uit nauwkeurige waarnemingen met grotere radio telescopen bleek later dat deze radiobron uit twee delen bestaat. Die delen noemen we Sagittarius A West (Sgr A West) en Sagittarius A Oost (Sgr A Oost). Sgr A West valt samen met het werkelijke centrum van ons Melkwegstelsel. Sgr A Oost ligt hier zo'n achttien lichtjaar oostelijk van.

In Sgr A West bevindt zich een uiterst compacte radiokern.

De middellijn ervan is kleiner dan 80 lichtminuten. Toch is de helderheid van deze bron erg groot. Daarom moet ze wel deeltjes bevatten die zeer hoge energieën hebben. Uit infrarood-bronnen, die met hoge snelheden rondom de kern bewegen, weten we ook dat de massa van deze compacte radiokern heel erg groot is.

Centra van sterrenstelsels zijn over het algemeen plaatsen waar het rumoerig in toegaat. Er vinden regelmatig enorme uitbarstingen plaats. Zo ook in ons Melkwegstelsel. Uit het onderzoek van de 21 cm straling bleek dat grote massa's interstellair gas met enorme snelheden naar buiten bewegen.

Soms met snelheden van meer dan honderd kilometer per seconde. Niet alleen binnen het melkwegvlak worden objecten aangetroffen die zich met grote snelheid van de kern verwijderen. Ook buiten het melkwegvlak vinden we een aantal van dergelijke objecten. Al deze wolken tezamen bevatten wel een miljoen zonsmassa's aan materie.

Dankzij radiowaarnemingen werd nog een andere vreemde ontdekking gedaan. Binnen een straal van 700 parsec (= 2300 lichtjaar) rondom de kern, blijkt het grootste gedeelte van het interstellaire gas zich in een snel ronddraaiende schijf te bevinden. Dit materiaal lijkt echter totaal niet verstoord te worden door de naar buiten gerichte bewegingen. Uit de waargenomen rotatiesnelheden konden de sterrenkundigen de verdeling van de massa in het centrale deel van het sterren stelsel berekenen. Binnen een afstand van duizend parsec van het galactische centrum moet ongeveer 150 miljoen zonsmassa's aan materie aanwezig zijn. Binnen een afstand van 100 parsec vanaf het galactisch middelpunt is dit acht miljoen zonsmassa's.

Verreweg de meeste massa van het Melkwegstelsel bevindt zich in de platte schijf. De sterren van de melkweg die we kunnen zien, bevinden zich op afstanden tot zo'n 6500 lichtjaar.

Door het interstellaire stof en gas kunnen we niet verder kijken. De losse sterren die de sterrenbeelden vormen staan véél dichterbij. De meeste binnen een afstand van ongeveer driehonderd lichtjaar.

Het centrale gebied van het Melkwegstelsel bevat voornamelijk oude sterren. De spiraalarmen bevatten jonge en oude sterren (waaronder de zon), open sterrenhopen en nevels. Uit deze nevels kunnen nieuwe sterren ontstaan. Het aantal open sterrenhopen in ons Melkwegstelsel wordt geschat op zo'n 18.000.

Gemiddeld bevatten ze ongeveer honderd sterren. De meeste open sterrenhopen kunnen we echter niet zien. Dat komt door de interstellaire absorptie.

Behalve in de schijf en in de kern zijn er ook sterren te vinden in een grote bolvormige ruimte rondom het centrum van het Melkwegstelsel. Deze bolvormige ruimte noemen we de halo van het Melkwegstelsel. Deze halo heeft een middellijn van zo'n 120.000 lichtjaar. Sterren die zich in deze bolvormige ruimte bevinden staan in grote groepen bijeen. Het zijn de bolvormige sterrenhopen. Deze bolvormige sterrenhopen behoren tot de oudste objecten in ons Melkwegstelsel. Het aantal bolvormige sterrenhopen bedraagt ongeveer vijfhonderd. Gemiddeld hebben ze een massa die overeen komt met een miljoen zonsmassa's.

De verdeling van de bolvormige sterrenhopen heeft de sterrenkundigen veel geleerd over de vorm en de grootte van de oerwolk waaruit het Melkwegstelsel is ontstaan.

Terwijl in de oerwolk sterren geboren werden begon de wolk door zijn eigen zwaartekracht samen te trekken. Dit samen trekken ging maar erg langzaam. Sommige sterrenkundigen denken dat de oerwolk zelfs al een kleine rotatie had.

Dat zou dan verklaren waarom de gasmassa waaruit de oerwolk bestond, niet tot een bol, maar tot een schijf samentrok.

Het samentrekken ging zo'n honderd miljoen jaar door. Ge durende die tijd ontstonden natuurlijk ook steeds nieuwe sterren. Maar de bolvormige sterrenhopen deden niet aan die samentrekking mee. Door hun hoeveelheid aan sterren was de massa zó groot dat ze stabiele groepen vormden.

Doordat de wolk samentrok, ging deze ook roteren. Net zoals dat gebeurt bij een gaswolk waaruit een ster ontstaat.

Het Melkwegstelsel draait dus om zijn as. Net zoals de zon en de planeten dat doen. Natuurlijk doet ook de zon aan deze beweging mee. Ze heeft maar liefst 220 miljoen jaar nodig om één keer om het centrum van het Melkwegstelsel te bewegen. En toch doet de zon dat met een enorme snelheid! Iedere seconde legt de zon zo'n 250 kilometer af in zijn baan om het melkwegcentrum. Ook hieruit blijkt weer de geweldige grootte van het Melkwegstelsel.

Ons Melkwegstelsel met zijn sterren, nevels en sterren hopen, is niet het enige sterrenstelsel in het heelal. Er zijn vele miljoenen van zulke sterrenstelsels ontdekt. In het hele heelal zijn er vele miljarden sterrenstelsels. Omdat ze buiten ons eigen Melkwegstelsel staan noemen we ze extra¿ : ‘ galactische stelsels. Veel van deze extra-galactische stelsels zien er ongeveer net zo uit als ons eigen stelsel. Een mooi voorbeeld is de Andromedanevel. Dit sterrenstelsel in het sterrenbeeld Andromeda is op heldere avonden in het najaar als een wazig vlekje met het blote oog te zien. De Andromeda nevel is ook een groot schijfvormig sterrenstelsels met mooie spiraalarmen.

De sterrenstelsels staan in het heelal vaak in groepen bij elkaar. Zo'n groep van sterrenstelsels noemen we een cluster.

De cluster waar ons Melkwegstelsel toe behoort heet de Lokale Groep. In de Lokale Groep bevinden zich enkele tientallen sterrenstelsels. Het grootste stelsel van de Lokale Groep is de Andromedanevel. Alle andere leden van de Lokale Groep zijn kleiner dan ons Melkwegstelsel.

De Lokale Groep maakt weer deel uit van een grote groep sterrenstelsels. Kijk voor meer informatie hierover bij het trefwoord supercluster.