Je leest:

Trein van sterrenstelsels in de Virgo-cluster

Trein van sterrenstelsels in de Virgo-cluster

Auteur: | 24 juni 2003

De Amerikaanse astronoom Halton Arp merkte in 1968 op dat ‘alle elliptische stelsels in de noordelijke helft van de Virgo-cluster op één lijn liggen die door M87 gaat’. Verder wees hij op het zeer opmerkelijk feit dat ‘deze lijn vrijwel samenvalt met de plasmajet die uit M87 komt’. Arp meende dat dit geen toeval kon zijn en dat al deze stelsels ook in de ruimte op één lijn zouden moeten staan en dat zij waren ontstaan uit objecten die uit het explosieve stelsel M87 waren weggeschoten. De laatste veronderstelling bleek later onhoudbaar, maar de eerste heeft men nu eindelijk overtuigend weten te bewijzen.

Arp was doelbewust op zoek naar dit soort lineaire relaties tussen sterrenstelsels en tussen sterrenstelsels en quasars, omdat hij hiermee wilde aantonen dat sterrenstelsels en quasars uit andere sterrenstelsels kunnen worden ‘geboren’: een theorie die al eerder naar voren was gebracht door de Russische astronoom Viktor Ambartsoemjan. Deze theorie impliceerde dat de gemeten roodverschuiving van een sterrenstelsel of quasar niet automatisch een maat was voor hun afstand en daarmee werd ook de theorie van de oerknal dus op losse schroeven gezet: het heelal zou geen begin hoeven hebben gehad.

De Virgo-cluster is een groep van duizenden sterrenstelsels op een afstand van een slordige 55 miljoen lichtjaar van de aarde. Behalve Arp hebben vele andere astronomen opgemerkt dat de helderste leden van deze cluster op een lijn staan die aan de hemel een positiehoek van ongeveer 110° heeft, dus ruwweg west-oost loopt. En in de tweede helft van de jaren negentig werd er op gewezen dat ook de dwergstelsels en het intergalactische gas – waarneembaar op röntgengolflengten – van deze cluster een verdeling in deze richting lijken te hebben. Maar zolang de afstanden van individuele stelsels niet nauwkeurig konden worden bepaald, kon niet worden vastgesteld of het hier om een ruimtelijk effect ging of om een projectie-effect.

Gedeelte van de noordelijke helft van de Virgo-cluster – het ‘lineaire’ deel. De nummers verwijzen naar de NGC-catalogus. Het helderste stelsel is NGC 4486 (M87).

Vlekkerigheid

In de jaren negentig is een techniek tot ontwikkeling gekomen waarmee het mogelijk is vrij nauwkeurig de afstanden van juist betrekkelijk nabije sterrenstelsels te bepalen. Die techniek is gebaseerd op het feit dat op opnamen van deze stelsels géén afzonderlijke sterren te zien zijn. Van punt tot punt worden enkele tot vele sterren tezamen waargenomen, waardoor bij het doormeten van het beeld een variërende helderheid wordt geregi-streerd: een soort vlekkerigheid. Doordat deze vlekkerigheid bij het toenemen van de afstand zwakker wordt, heeft men zo – na allerlei uitvoerige ijkingen – een sleutel voor het afleiden van de afstanden van deze sterrenstelsels.

Met behulp van deze techniek hebben de Britse astronomen John Blakeslee en Michael West nu nauwkeurig de afstand van een groot aantal stelsels van de Virgo-cluster bepaald. Hieruit kan ondubbelzinnig worden afgeleid dat de veertien helderste stelsels in het noordelijk deel van deze cluster ook in de ruimte op een rij staan. Terwijl de gemiddelde afstand van de cluster als geheel 55 miljoen lichtjaar bedraagt, vormen de veertien stelsels een bijna 30 miljoen lichtjaar lange sliert die een hoek van slechts 10 tot 15° met de waarnemingsrichting maakt. De lijn van sterrenstelsels die Arp en anderen aan de hemel zagen is dus in werkelijkheid de projectie van een bijna loodrecht op de hemelbol staande ‘trein’ van stelsels in de ruimte. Deze trein is behoorlijk recht, want de afwijkingen van de afzonderlijke leden bedragen gemiddeld slechts 1,3 miljoen lichtjaar. Overigens is ook met de oriëntatie van de afzonderlijke stelsels iets opmerkelijks aan de hand. Van de meeste stelsels heeft de lange as aan de hemel een positiehoek die tussen de 100 en 140° ligt: dicht bij de waarde van 110° voor de aan de hemel geprojecteerde hoofdas van de cluster. Omdat dit bij een klein aantal stelsels op toeval kan berusten, hebben de astronomen in de Virgo Photometric Catalogue de oriëntatie van een veel groter aantal stelsels bestudeerd. Uit een steekproef van 69 stelsels blijkt dat hun lange as rond een positiehoek van 107° ligt, dus vrijwel samenvalt met de hoofdas van de cluster.

Het was al bekend dat de hoofdas van de Virgo-cluster aan de hemel naar Abell 1367 wijst, een rijke cluster op een afstand van ongeveer 275 miljoen lichtjaar. De nieuwe afstandsmetingen laten nu zien dat de hoofdas ook in de ruimte naar Abell 1367 wijst en dat de trein van sterrenstelsels een segment is van een filament van kleinere groepjes sterrenstelsels dat beide clusters met elkaar verbond. En aangezien de Virgo-cluster deel uitmaakt van de nog weer grotere Lokale Cluster en Abell 1367 deel uitmaakt van de Coma-supercluster, zijn ook deze twee reuzen nu via dit filament met elkaar verbonden.

Kruispunten van filamenten

Computersimulaties van het ontstaan van de eerste structuren in het heelal – door het optreden van grootschalige verdichtingen in de gasvormige oermaterie – suggereren dat clusters van sterrenstelsels vaak op de ‘kruispunten’ van filamenten van zulke oermaterie zijn ontstaan. De clusters en superclusters groeiden aan doordat er langs deze filamenten materie bleef toestromen. De trein van sterrenstelsels in Virgo zou in dit geval ook nu nog de richting aangeven waarin de oermaterie hier ooit heeft gestroomd: een stroming die blijkbaar ook de oriëntatie van de afzonderlijke sterrenstelsels heeft bepaald.

Blakeslee en West wijzen tevens op het intrigerende feit dat ook de beroemde plasmajet van M87 aan de hemel in dezelfde richting wijst als de hoofdas van de Virgo-cluster. Deze plasmajet is waarschijnlijk het product van zeer energetische processen rond een superzwaar zwart gat in het centrum van dit stelsel. Recent onderzoek aan de waargenomen eigenschappen van deze ‘jet’ suggereert dat de plasmastroom een hoek van nog geen 20° met de waarnemingsrichting maakt, dus ook in de ruimte vrijwel dezelfde richting als de hoofdas van de Virgo-cluster heeft. Dat zou ook verklaren waarom we de ‘contrajet’ in tegenovergestelde richting niet kunnen zien.

Verdeling van de (waarschijnlijke) leden van de Virgo-cluster. Het grote melkwegstelsel in het midden is M87 (NGC 4486). De grootte van elk symbooltje is een maat voor de helderheid van het betreffende stelsel. De blauwe rechthoek geeft het op de foto links afgebeelde gebied weer. De roze lijn toont de – naar nu blijkt – niet geheel schijnbare verbindingslijn tussen een aantal heldere stelsels in de cluster.

Deze samenhang tussen de hoofdas van de Virgo-cluster en de richting van deze jet zou natuurlijk op toeval kunnen berusten. De astronomen vinden het echter een intrigerende gedachte dat de hoofdas van de Virgo-cluster niet alleen de oriëntatie van zijn grootste leden zou hebben beïnvloed, maar zelfs het superzware zwarte gat dat de activiteit in M87 aandrijft. In zekere zin zou deze beïnvloeding precies het omgekeerde zijn van wat Arp ruim dertig jaar geleden meende te kunnen bewijzen.

VLT-opname van M87, het elliptische reuzenstelsel in het hart van de Virgo-cluster. Het stelsel heeft een superzwaar zwart gat in zijn centrum, dat als ‘motor’ fungeert van een jet. bron: ESO

Dit artikel is een publicatie van Zenit.
© Zenit, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 24 juni 2003

NEMO Kennislink Agenda

NEMO Kennislink vertoont op deze plaats normaal gesproken wetenschappelijke activiteiten uit heel Nederland. Door de maatregelen tegen het nieuwe coronavirus zal daarvan een groot gedeelte worden afgelast. Omdat we geen achterhaalde informatie willen verspreiden, laten we voorlopig geen activiteiten zien.
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.