Wij leven op een
planeet, in een omloopbaan rond een ster. Deze ster heeft een omloop
in een sterrenstelsel, bestaande uit miljarden andere sterren. Dit sterrenstelsel
of beter gezegd ons melkwegstelsel, is juist één uit miljarden
stelsels rondom ons die verspreid zijn in de oneindigheid van het universum.
Het is mogelijk dat al deze stelsels deel uitmaken van een megasterrenstelsel
of een terasterrenstelsel. Dit meningsverschil
werd pas bijgelegd na Hubble’s dood in 1953, toen bewezen werd dat elliptische-en
onregelmatige stelsels bestonden uit erg oude sterren, de zogenaamde Rode
Reuzen. Indien beide types jonge sterren bevatten zouden deze moeten bestaan
uit blauwe sterren. Deze jonge sterren werden uitsluitend gevonden in
de armen van spiraalstelsels, zoals het onze.
De moeilijkheid van deze theorie is dat
materie en antimaterie elkaar dadelijk moeten annihileren en er een gebalanceerde
interactie moet bestaan tussen beide. Omdat Quasars de verst afgelegen
objecten zijn in ons waarneembaar universum zijn zij ook de oudste. Kunnen
zij overblijfselen zijn van de Big Bang, waar alles begon en waaruit zich
nieuwe sterrenstelsels kunnen vormen ?
Ons Melkwegstelsel is slechts één
van de miljarden sterrenstelsels in het gekende heelal. Naar vorm laten
de stelsels zich in enkele groepen indelen:
1 de spiraalstelsels (type S), die verder
nog ingedeeld worden in Sa, stelsels met een uitgebreide kern en nauwsluitende
spiraalarmen, Sb met minder opvallende kern en duidelijke spiraalarmen,
Sc met een onbeduidend kerngedeelte en verreikende spiraalarmen en Sd
waarin het belang van het kerngedeelte nog kleiner is geworden, enz. Een
speciale groep vormen de lensvormige stelsels S0. Men zou ze kunnen vergelijken
met het centrale gedeelte van een spiraalstelsel, zonder de spiraalarmen.
Een verwante variëteit vormen de balkspiralen (type SB) waarvan het
centraal gedeelte balkvormig is. Ook hier is er een onderverdeling in
Sba, SBb, SBc, SBd, enz. Alle spiraalstelsels blijken eenzelfde verhouding
te bezitten tussen de grootte van de schijf en de grootte van de kern. 2 de elliptische stelsels (type E) die
men best kan vergelijken met de centrale verdikking van een spiraalstelsel.
Ze worden, afhankelijk van de asverhouding van hun ellipsvorm, onderverdeeld
in types E0, E1, E2, E3, E4, E5 enz. Ze bestaan uit populatie II-objecten,
gas en stof zijn afwezig. In enkele elliptische stelsels zijn bolvormige
sterrenhopen gevonden, bestaande uit jonge sterren met een hoog metaalgehalte;
3 de onregelmatige stelsels (type Irr)
die bestaan uit populatie I-objecten en waarin geen of nauwelijks een
kern is te onderscheiden. Men deelt ze verder onder in Sd of SBd, Sm of
SBm (m staat voor Magellaans type) en de echte Irr ; 4 de dwergstelsels (type d)zijn lichtzwakke
systemen die een factor 100 groter zijn dan de bolvormige sterrenhopen.
We onderscheiden elliptische (dE) en sferoïdale (dSph) stelsels;
5 de stelsels met een lage oppervlaktehelderheid
die zeer difuus en moeilijk te detecteren zijn ten opzichte van de achtergrond.
Men schat dat nagenoeg de helft van alle sterrenstelsels tot dit type
behoort. We merken op dat de hier afgebeelde zogenaamde
Hubblesequentie van sterrenstelsels geen evolutieschema van deze stelsels
weergeeft. Uit waarnemingen met de Hubbletelescoop
en met grote telescopen op Aarde blijkt overduidelijk dat vermoedelijk
alle sterrenstelsels een zwart gat in hun centrum hebben. Dit kan men
afleiden uit de zeer grote rotatiesnelheid van objecten in de nabijheid
van het centrum van het sterrenstelsel. De grootte van het zwart gat is
afhankelijk van de grootte van de centrale verdikking van het stelsel.
Soms is dit zwart gat zeer actief – bijvoorbeeld in een quasar –
en soms verkeert het in een soort rusttoestand. Clusters
Sterrenstelsels komen in groepen voor,
verbonden door hun onderlinge aantrekkingskrachten. Zo maakt ons Melkwegstelsel
samen met M31, met M33 en hun verschillende satellietstelsels, deel uit
van wat men de Lokale Groep noemt. Deze bestaat uit meer dan veertig sterrenstelsels.
De overgrote meerderheid zijn kleine systemen. De Lokale Groep is een onderdeel van de
grote Virgocluster, een verzameling van duizenden sterrenstelsels. In
het heelal komen zeer veel clusters voor. Op nog grotere schaal zijn er
de superclusters. In deze figuur staat de Lokale Groep in het centrum.
De diameter van de in beeld gebrachte ruimte is een miljard lichtjaar.
Zo maken de Lokale Groep en de Virgocluster deel uit van de Lokale Supercluster.
En de grootste entiteiten zijn filamenten van sterrenstelsels, honderden
miljoenen lichtjaren lang met daartussen enorme haast lege ruimten, met
diameters reikend tot 200 miljoen lichtjaar. Men zou dit kunnen vergelijken
met schuim of met een verzameling aan elkaar klevende zeepbellen of met
Zwitserse kaas. Ook in clusters moet er donkere materie
aanwezig zijn. De individuele leden van een cluster bewegen té
snel, opdat de gravitatie van de lichtgevende massa hen binnen de cluster
zou kunnen houden. In deze optiek zouden de clusters reeds lang moeten
zijn ‘verdampt’. Ze blijken aardig stabiel te zijn, dus moet
er meer massa inzitten dan we kunnen waarnemen. Zou het kunnen dat er
complete stelsels bestaan die enkel uit donkere materie zijn opgebouwd?
Bovendien heeft onderzoek van 3000 kleine
satellietstelsels van grotere systemen onafhankelijk het bestaan van donkere
materie aangetoond. Algemeen moet de omwentelingssnelheid van een systeem
kleiner worden naarmate het verder van het massacentrum afstaat. Nu blijkt
dat die afname heel wat geringer is dan voorgeschreven door de derde wet
van Kepler, op basis van de zichtbare materie. Er moet dus rond sterrenstelsels
meer zitten dan enkel zichtbare materie. Actieve sterrenstelsels Bij de opkomst van de radioastronomie
na de tweede wereldoorlog bleek al vlug dat zeer veel stelsels bijzonder
actief zijn. Er zijn de zogenaamde Seyfertstelsels,
spiraalstelsels met sterachtige kern en brede emissielijnen in het spectrum,
wat op heftige bewegingen duidt. Dan zijn er de quasars, zeer veraf gelegen
stelsels (met enorme roodverschuiving) die geweldige hoeveelheden energie
uitzenden en dit vanuit een zeer klein volume. De eerst ontdekte quasar
3C 273 ligt op een afstand van 2 miljard lichtjaar en heeft toch een schijnbare
magnitude 13. Dit komt overeen met honderden maal de helderheid van het
gehele Melkwegstelsel. Veel stelsels zijn in het radiogolflengtegebied
drievoudig. Aan weerszijden van het systeem liggen twee radiolobben en
komen jets uit het centrale deel van het sterrenstelsel geschoten. Die
jets (hier voor M87) kunnen honderduizenden lichtjaren lang zijn (in Her
A zijn ze elk 450 000 lichtjaar lang). Van een aantal stelsels zijn er
ook jets zichtbaar in wit licht. De straling die de jets uitzendt is synchrotronstraling
die ontstaat wanneer supersnelle elektronen spiraliseren rond de magnetische
veldlijnen. Deze straling is gepolariseerd. Deze verschillende soorten actieve stelsels,
en er zijn er nog meer, zouden wel eens één en hetzelfde
object kunnen zijn, gezien vanuit een verschillende hoek. In het centrum
van het stelsel ligt een zeer zwaar zwart gat. Hierrond ligt een grote
zogenaamde accretieschijf van gas en stof. Van hieruit valt materie naar
het zwart gat. Rond de accretieschijf ligt dan nog een torus van stof.
Afhankelijk van uit welk standpunt de waarnemer dit object bekijkt, heeft
men te maken met een radiostelsel, een quasar of zelfs een optisch zeer
variabel stelsel (een zogenaamde blazer). Interactie tussen sterrenstelsels Sterren in een sterrenstelsel liggen ver
uit elkaar. Nemen we als voorbeeld de afstand Zon-a Centauri namelijk
4,3 lichtjaar of 4,0.1013 km, dit is 29 miljoen maal de diameter van de
Zon (in een bolvormige sterrenhoop is de dichtheid veel groter). Het grote
Andromedastelsel (M31) staat op 2,3 miljoen lichtjaar. De diameter van
ons Melkwegstelsel is 100 000 lichtjaar. De afstand tot M31 is dus slechts
23 maal de diameter van het Melkwegstelsel Botsingen en zeker interacties tussen
sterrenstelsels zijn helemaal niet zeldzaam. Voor de sterren heeft dit
geen gevolg; zij zullen onderling niet botsen. Maar het interstellaire
gas wordt samengedrukt, je krijgt een uitbarsting van stervorming en het
uitzicht van de samengesmolten sterrenstelsels is totaal veranderd. Bovendien
worden soms slierten gas en stof uit de stelsels gerukt de intergalactische
ruimte in. En botsingen moeten er vroeger veel meer
gebeurd zijn. Toen was het heelal immers veel kleiner (zie verder). Zeer
ver verwijderde systemen laten allerhande interacties zien en opmerkelijk
is dat er toen haast geen elliptische stelsels voorkwamen. Deze zijn vermoedelijk
ontstaan bij het samengaan van verschillende andere (spiraal?)stelsels.
Dit alles noemt men galactisch kannibalisme. Computersimulaties kunnen
de bizarre vormen, die ontstaan bij interacties, goed verklaren. Het reuzenelliptisch
stelsel Cen A heeft een spiraalstelsel opgeslokt. Door dit kannibalisme
komen in grote clusters meerdere grote elliptische stelsels voor, vaak
in het centrum van de cluster. Kleine groepen van sterrenstelsels, zoals
de Lokale Groep, bestaan uit spiraalstelsels, dwerg- en onregelmatige
stelsels. Ook ons Melkwegstelsel is een kannibaal
en heeft reeds enkele dwergstelsels verslonden. Het Sagittarius dwergstelsel
valt naar ons Melkwegstelsel en maakt er in feite reeds deel vanuit (met
onder andere de bolvormige sterrenhoop M54). De Magelhaense Wolken staan
in de verre toekomst op het menu. En in de zeer verre toekomst zal een
versmelting van het Melkwegstelsel met M31 onvermijdelijk zijn. Een vraag blijft of de zwarte gaten van
beide systemen ook versmelten dan of ze in banen rond elkaar blijven draaien.
Mogelijk ontstaan zo de jets in actieve stelsels. Gravitatielenzen In 1936 publiceerde Einstein een kort
artikel waarin hij de lenswerking door een massa beschreef. Veel aandacht
kreeg deze publicatie niet. In 1979 ontdekte men twee quasars, vlak
bij elkaar met identiek dezelfde roodverschuiving. Later werd tussen die
twee quasars een elliptisch stelsel ontdekt dat zich veel dichter bij
ons bevindt. Dat sterrenstelsel dient als lens om twee beelden van de
quasar te vormen die in feite achter het sterrenstelsel ligt. Gravitatielenzen worden bij de vleet gevonden.
En als het object en de lens, van de Aarde uit gezien, exact op één
lijn liggen ontstaat een ring, een zogenaamde Einsteinring. In clusters worden soms boogvormige structuren
aangetroffen. Het zijn beelden van veraf gelegen achtergrondstelsels die
door lensvorming van de clusters worden vervormd en versterkt. Met gravitatielenzen
kan men de massaverdeling in het heelal op een andere wijze bestuderen.
Ook kan die studie bijdragen tot een betere kennis van de Hubbleparameter
Tot in het begin van deze eeuw werd aangenomen dat de hemel bestond
uit gas en sterren. Zelfs tot in 1920 werd het bestaan van andere sterrenstelsels
als een hypothese beschouwd, zoals heden de mega- en terasterrenstelsels.
Hun bestaan werd bewaarheid door de technische vooruitgang. Hiervoor
werd er een reusachtige telescoop gebouwd op Mount Wilson in de VS.
Toen de Amerikaanse astronoom Edwin P. Hubble deze telescoop echter
richtte op de Andromeda nevel die beschouwd werd als één
van de vele gaswolken uit het heelal, ontdekte Hubble een verzameling
van miljarden sterren.
Vanaf deze merkwaardige ontdekking begon hij het zichtbare universum
in kaart te brengen en classificeerde hij de duizenden sterrenstelsels.
Hij verdeelde deze stelsels in drie groepen, elliptische-, spiraal-
en onregelmatige stelsels. Hij geloofde dat die zich in opeenvolgende
vormingsstadia bevonden. Andere astronomen echter stelden de groei van
een stelsel andersom voor, komende van een onregelmatig tot een elliptisch
stelsel.
Heden wordt algemeen aanvaard dat het drie totaal verschillende systemen
zijn die zich op een totaal andere manier ontwikkelen. De vraag is nu
niet meer hoe zij zijn van vorm, maar hoe zij zich in deze vorm hebben
ontwikkeld?
Volgens de hedendaagse ideeën in de astronomie zijn eerst de sterrenstelsels
geboren in het universum, pas later kwamen de sterren tot ontwikkeling.
De reden hiervoor is dat sterren zich kunnen vormen uit gas en stof. Indien
eerst de sterren waren gevormd, zou er geen enkele sterrenformatie bestaan
zoals wij die nu kennen. Indien de sterrenstelsels eerst aanwezig waren,
voor de komst van de sterren, moeten ze bestaan hebben uit een vormloze
wolk van gas en stof die langzaam kromp door de inwaartse gravitatiekracht.
Deze ontwikkeling is identiek aan de condensatie van gas en stof waaruit
sterren zich vormen.
Tot nu toe heeft geen enkele astronoom een sterrenstelsel waargenomen
tijdens het condensatie proces, maar de kennis van de gravitatiekrachten
laat ons aannemen dat het zo gebeurt. Volgens hedendaagse opvattingen
trokken deze vormloze wolken gas en stof - protosterrenstelsels - niet
alleen samen maar begonnen ze ook om hun zwaartepunt te draaien. Tot nu
toe is er nog niemand die dit verschijnsel kan verklaren, maar men neemt
aan dat dit altijd zo is geweest. Het hangt duidelijk af van hun draaisnelheid
of ze zich ontwikkelen tot een ellipsvormig stelsel (langzame draaier)
of tot een spiraalvormig stelsel (snelle draaier).
Wij hebben ons dus een beeld gevormd van een draaiende gas- en stofwolk
die krimpt onder haar eigen gravitatiekracht. Een sterrenstelsel stopt
alleen met krimpen als er voldoende sterren zijn gevormd. Deze sterren
brengen door hun radioactiviteit de gravitatiebalans in evenwicht, een
universeel systeem dat eveneens geldt voor de gravitatiebalans van de
sterren.
Tijdens de laatste decennia werden er steeds nieuwe sterrenstelsels ontdekt,
sommige zeer ver in het waarneembaar universum, andere zo energetisch
dat zij extreem groot moeten zijn. De tot nu toe gekende sterrenstelsels
bestaan ongeveer voor 98 % uit spiraal - en onregelmatige vormen en voor
2 % uit eigenaardige stelsels. De ontdekking en het onderzoek van de laatstgenoemde
werd pas mogelijk gemaakt door de ontwikkeling van de radioastronomie
die hierdoor werd erkend als een zeer waardevol astronomisch instrument.
Wij gaan terug naar 1940, wanneer een amerikaan Reber genaamd, één
van de twee groten op het gebied van de radioastronomie, oefende met zijn
doe-het-zelf 3-feet antenne, die hij in zijn achtertuin had geïnstalleerd.
Hij richtte zijn antenne op de eerste gekende radiobronnen in het stelsel
Cygnus A. Het meest opvallende karakter van zo een stelsel is dat het
radiogolven uitzendt die twintigmaal sterker zijn dan die van ons eigen
melkwegstelsel. In het visuele ziet zo een stelsel er even normaal uit,
maar soms bestaat het uit twee op elkaar botsende stelsels, of is het
geëxplodeerd.
Een even opvallend fenomeen is de tweelingsbron, waarvan de radiosignalen
niet gelokaliseerd zijn in het stelselcentrum, maar honderdduizenden lichtjaren
uit elkaar liggen. Een mogelijke uitleg is dat deze bronnen gelokaliseerd
zijn in dichte wolken die uitgestoten zijn uit de kernen en onzichtbaar
zijn door hun extreme dichtheid.
Geëxplodeerde stelsels werden waargenomen door hun intense radiosignalen,
doch wij weten dat hun infrarode golflengten de meeste energie bezitten,
opnieuw twintigmaal zo krachtig als ons melkwegstelsel. Het beste visuele
voorbeeld van een geëxplodeerd sterrenstelsel is M82, anderhalf miljoen
jaar geleden.
Het is mogelijk dat sommige radio- en geëxplodeerde stelsels het
resultaat zijn van galactische botsingen, niemand is er zeker van wat
er gebeurt tijdens zulke botsingen. Er is een theorie die ons vertelt
dat zij door elkaar kunnen gaan zonder dat er iets gebeurt, zoals een
parade van tanks en soldaten, omdat de afstand tussen elke individuele
ster enorm is. Maar zelfs indien de individuele sterren niet botsen zullen
de overlappende gravitatie- en magnetische velden een galactische verwoesting
creëren.
Even eigenaardig zijn de Seyfert stelsels, genaamd naar de ontdekker Carl
Seyfert, die de eerste ontdekte in 1943. Ze hebben een extreem smalle
en helle kern met een gemiddelde diameter van ongeveer 100000 lichtjaren.
Men kan ze galactische dwergen noemen, maar zij stralen zulk een extreem
hoge energie uit die honderden malen sterker is dan die van ons stelsel.
Meer dan waarschijnlijk zijn ze verwant aan de meest eigenaardige objecten
die wij kennen "de Quasars".
Quasar wil zeggen "Quasi-stellar radio source". Eén van hen werd
reeds gefotografeerd in 1885 maar men dacht dat het om een gewone ster
ging. In 1960 vond men verschillende van deze sterren die bronnen waren
van radiosignalen. Gewone sterren zenden geen radiogolven uit van betekenis.
Daarom werden deze sterren "radio sterren" gedoopt en werden zij het onderwerp
van vele onderzoeken.
Onderzoekers van het Mt. Palomar Californië VS analyseerden in 1963
het licht van twee van hen. Hun spectra waren bijna niet te herkennen.
Zij hadden een sterke roodverschuiving maar geen van de normale absorptielijnen
die men anders wel aantrof bij gewone sterren. Indien deze objecten zover
van ons verwijderd zijn kunnen Quasars geen sterren zijn. Het moeten dus
sterrenstelsels zijn. Maar zelfs als verafgelegen stelsels zijn zij buitengewoon.
Ten eerste zijn zij zeer dun met een mogelijke dikte van enkele lichtweken.
Ten tweede hebben sommige roodverschuivingen die een snelheid aangeven
van 80 % van de lichtsnelheid, wat betekent dat deze stelsels de verste
zijn van ons waarneembaar universum. Ten derde is hun helderheid is enorm
voor een periode zo kort als een week.
Men dacht deze puzzel vlug te hebben opgelost maar een andere astronoom
van hetzelfde instituut, Maarten Schmidt, vond dat het spectrum van de
Quasar 3C273 - object 273 in de derde Cambridge catalogus van radiobronnen
- er vrij normaal uitzag met een roodverschuiving van 15.8 %. Een roodverschuiving
als deze gaf aan dat de Quasar zich van ons verwijdert met een snelheid
van 42600 Km per seconde, ongeveer een zesde van de lichtsnelheid, en
dit betekent dat het object zich ongeveer 2 miljoen lichtjaren van ons
bevindt.
Een object op deze afstand moet een enorme energie uitstoten willen wij
het kunnen waarnemen. Quasars zenden driehonderd maal meer infrarode straling
uit dan onze eigen melkweg en kunnen daardoor ondergebracht worden bij
de krachtigste sterrenstelsels. Er zijn maar twee mogelijke verklaringen,
volgens de roodverschuiving van Quasars binnen de huidige kennis van de
fysica verwijderen zij zich met een snelheid die de lichtsnelheid benadert,
of hun licht wordt uitgezonden door gravitatievelden die krachtiger zijn
dan van de reeds onderzochte stelsels. Omdat er geen voldoende verklaring
kan worden gegeven, denken sommige astrofysici dat Quasars dichterbij
liggen en de energie die zij uitzenden aanmerkelijk kleiner is.
Dit is een centraal discussiepunt in de kosmologie, sinds bewezen werd
dat Quasars zich verwijderen van ons met een hoge snelheid en een krachtig
bewijs leveren voor de Big Bang theorie.
Natuurlijk, om deze theorie te verwerpen stellen de Steady State voorstanders
drie mogelijkheden voor.
Ten eerste kunnen Quasars met een hoge snelheid uitgestoten zijn door
relatief dichtbij geëxplodeerde sterrenstelsels, maar in dit geval
zou men ze moeten kunnen zien tegen een achtergrond van ver afgelegen
sterren.
Ten tweede, sommige onzichtbare objecten tussen de Quasars en ons kunnen
het licht vertragen.
Ten derde kunnen het sterren zijn in de fase van gravitatieineenstorting,
welke bijna het stadium van een Zwart Gat bereiken.
Het laatste punt kan zo goed als verworpen worden omdat men al meer dan
negentig jaar een Quasar observeert, en indien die veronderstelling waar
zou zijn was dit object reeds verdwenen.
De bewijsvoering suggereert sterk dat Quasars verafgelegen objecten zijn
en dat ze een enorme energie uitstralen, soms duizenden malen sterker
dan onze melkweg kan produceren. De thermonucleaire kracht die de sterren
gebruiken is veel te klein om zulke energie te veroorzaken, maar wat met
een "Supernova", de massieve explosiekracht van een grote stervende ster?
In een kleine maand kan een Supernova miljoenen malen meer energie uitzenden
dan sterren in hun normaal stadium. Volgens computerberekeningen kan zelfs
zulk fenomeen de kracht niet leveren van een Quasar, en is er maar één
proces dat dit wel kan, de botsing tussen materie en antimaterie. Materie
en antimaterie zijn willekeurig verspreid tijdens de vorming van ons universum,
maar tijdens de contractie van een protosterrenstelsel kunnen ze samengebracht
worden en een enorme energieuitstoot veroorzaken.
Indien de mens in staat zou zijn om antimaterie te scheppen, en deze mogelijkheid
bestaat door de deeltjesversnellers, zou hij een krachtige onuitputbare
energiebron kunnen creëren.
Aan de grenzen van onze kennis en waarneembaar universum krijgt onze fantasie
de bovenhand. "Een fantasie, ons meegegeven als kind, die ons bracht tot
de hedendaagse kennis".
