Je leest:

Spiraalarmen zijn golvende sterrenstelsels

Spiraalarmen zijn golvende sterrenstelsels

Auteur: | 16 november 2018

Er is geen sluitende verklaring voor de spiraalarmen in sterrenstelsels zoals de Melkweg. Astronomen testten nu met succes de theorie die stelt dat de armen golven van opeengepakte sterren zijn. Door de zwaartekracht deinen ze door de sterrenstelsels heen.

Pedra azul milky way
Het centrum van de Melkweg gezien boven het Pedra Azul-park in Brazilië. Het zonnestelsel draait naar schatting iedere 240 miljoen jaar een rondje om dit centrum.

Op een donkere plek zie je de Melkweg als lichte band aan de hemel. Dit ‘zijaanzicht’ zou nog spectaculairder worden als we ons sterrenstelsel van een afstandje konden bekijken. Gelukkig hebben we nog veel andere sterrenstelsels om ons heen, en zien we dat een flink deel eruit ziet als een soort draaikolken van honderden miljarden sterren, vaak verdeeld over meerdere spiraalarmen.

Duizelingwekkend mooi, maar waarom heeft een sterrenstelsel armen? De zwaartekracht dicteert dat de sterren dichtbij het centrum sneller draaien dan aan de rand van het sterrenstelsel. Je zou verwachten dat een spiraalarm over de loop van de tijd steeds verder ‘opgewonden’ raakt. Toch lijkt dat bij veel sterrenstelsels niet aan de hand te zijn. Spiraalarmen weten zich miljarden jaren te handhaven.

Al in de jaren zestig suggereerden astronomen dat de spiraalarmen (tijdelijke) opeenhopingen van sterren zijn die als een soort golf door het sterrenstelsel gaan, veroorzaakt door interacties van de zwaartekracht tussen al die sterren. De theorie stelt dat sterren niet in dezelfde arm blijven zitten, maar geleidelijk van de ene arm in de andere arm terechtkomen. Astronomen hebben nu voor het eerst waargenomen dat de spiraalarmen inderdaad veel weghebben van zo’n golf. Ze publiceren hun bevindingen deze week in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Astronomy.

Een korte uitleg over de spiraalarmen van de Melkweg.

‘Verse’ sterren

Als sinds het ontstaan van de golftheorie (of density wave theory) is het niet gelukt hem te testen. Daarvoor heb je de draaisnelheid van de armen nodig, en die is lastig te meten. De draaibeweging van een spiraalarm is zo langzaam dat je al gauw tientallen miljoenen jaren nodig hebt om überhaupt beweging te zien.

Zoveel tijd hebben astronomen niet, en daarom bedachten onderzoekers van de Universiteit van Nottingham in het Verenigd Koninkrijk een truc. In het spiraalvormige sterrenstelsel UGC 3825 – op een afstand van zo’n 400 miljoen lichtjaar – keken ze niet alleen naar de twee spiraalarmen, maar ook naar de ‘vers’ gevormde sterren van ‘slechts’ een paar tientallen miljoenen jaren oud. Die ontstaan op het moment dat gaswolken in het sterrenstelsel onder invloed van de zwaartekracht samentrekken en nieuwe sterren vormen. Jonge sterpopulaties zijn te onderscheiden van oudere omdat ze een net iets ander soort licht uitzenden, doorgaans iets blauwer.

Maar wat heeft dat met die spiraalarmen te maken? Mogelijk zorgt het ‘passeren’ van een spiraalarm ervoor dat de in het sterrenstelsel aanwezige gaswolken een zetje krijgen en instorten tot nieuwe sterren. Op de plekken waar nu veel jonge sterren zijn, zou de spiraalarm enkele tientallen miljoen jaren geleden gepasseerd zijn. Het bleek dat gebieden met veel jonge sterren in de buurt van spiraalarmen zitten, maar steeds net iets verschoven zijn, tot een hoek van ongeveer tien graden. In de loop van die tientallen miljoenen jaren lijken de armen maximaal tien graden verschoven.

Zo bepaalden de wetenschappers de snelheden op verschillende plekken in de arm. Het blijkt dat die snelheid in de hele arm min of meer hetzelfde is (afgezien van een lichte versnelling richting het midden van het sterrenstelsel). “Dit is wat de golftheorie voorspelt, en het betekent ook dat de armen weliswaar ronddraaien in het sterrenstelsel, maar over lange tijd hun vorm behouden. Ze worden dus niet ‘opgewonden’”, zegt Thomas Peterken, promovendus van de Universiteit in Nottingham die het onderzoek deed.

De Melkweg

M51 hubble remix
De Melkweg heeft een structuur die vergelijkbaar is met het M51-sterrenstelsel, ook wel de draaikolknevel genoemd.

Het is een overwinning voor de golftheorie, maar het model is nog niet in kannen en kruiken. Spiraalvormige sterrenstelsels vormen ongeveer de helft van het totaal aantal sterrenstelsels en binnen de categorie zitten grote verschillen qua vorm. De astronomen gaan nu aan de slag met de duizenden andere spiraalsterrenstelsels in de zogenoemde MaNGA-dataset (Mapping Nearby Galaxies at the Apache Point Observatory).

“We hebben dit sterrenstelsel gekozen omdat het maar twee spiraalarmen heeft. In sterrenstelsels met drie, vier of vijf armen kan het plaatje ingewikkelder zijn”, zegt Peterken. “Ook kan de aanwezigheid van buurstelsels de boel verstoren, die heeft dit stelsel ook niet.” Verder onderzoek moet uitwijzen of de density wave theory ook in die andere gevallen standhoudt.

Het is de vraag of de theorie ook werkt in de Melkweg. ‘Ons’ sterrenstelsel is het dichtst bij, maar omdat we er middenin zitten zijn goede metingen lastig. Dat komt onder andere door grote stofwolken in het centrum van de Melkweg, die het zicht op de andere kant van het sterrenstelsel ontnemen. Zo is het nog niet eens helemaal duidelijk hoe de spiraalstructuur van ons sterrenstelsel er precies uit ziet.

Bron

  • Peterken T. et al., A direct test of density wave theory in a grand-design spiral galaxy, Nature Astronomy (12 november 2018), DOI:10.1038/s41550-018-0627-5
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 16 november 2018

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.