Melkweg

De heldere zilveren band die we 's nachts vanop een donkere plaats kunnen zien, en die al sinds mensenheugnis bekend staat als de Melkweg, bestaat in feite uit miljarden sterren die samen het melkwegstelsel vormen. Het melkwegstelsel is onze galactische thuishaven: het is het sterrenstelsel waar ons zonnestelsel  deel van uitmaakt.

Het Melkwegstelsel bevat ongeveer 150 miljard sterren en grote hoeveelheden gas en stof en donkere materie. Het is een typisch voorbeeld van een balkspiraalsterrenstelsel. Het meet meer dan 100 000 lichtjaar in diameter. De totale massa van ons melkwegstelsel bedraagt ongeveer 300 miljard zonsmassa's. Men schat dat het Melkwegstelsel 13,5 miljard jaar geleden is ontstaan.

Ons zonnestelsel ligt in één van de spiraalarmen van dit stelsel, op zo'n 25 000 tot 28 000 lichtjaar van de kern. Door onze positie zien we 's nachts de Melkweg over onze hemel slingeren. Deze band omvat meer dan de helft van alle zichtbare materie (gaswolken en sterren) in ons sterrenstelsel.

Het Melkwegstelsel bestaat, zoals andere balkspiraalstelsels, uit een kern, een kernzone met de balk, een schijf met armen, en een uitgebreide halo. In de Hubble classificatie is ons Melkwegstelsel vermoedelijk van het type SBb of SBc. De grens tussen beide klassen is redelijk vaag. Recente bevindingen geven aan dat de binnenste structuren van het Melkwegstelsel complexer zijn dan verwacht, waardoor sommige wetenschappers nu vermoeden dat we eigenlijk in een stelsel wonen van klasse SB(rs)bc - de (rs) duidt op het mogelijke bestaan van een centrale ring van actieve stervorming rondom de kern.

Een schematisch zijaanzicht van onze Melkweg.

Kern

Stofwolken beletten ons de kern van de Melkweg te zien, maar met speciale telescopen kunnen we doorheen deze stofwolken 'kijken': radiostralen, infrarode straling en X-straling kunnen door de stofwolken heen dringen.

Links: Radiostraling (Very Large Array)
Rechts: Visueel

Links: Infrarood (2MASS)
Rechts: X-stralen (Chandra)

In de kern van ons melkwegstelsel zijn vreemde processen aan de gang. De kern van onze Melkweg werd het eerst gedetecteerd als een radiobron, die Sagittarius A genoemd werd omdat ze in de richting van het sterrenbeeld Sagittarius, de Boogschutter ligt. Toen wetenschappers met zeer sterke infrarood-telescopen de sterren in de buurt van Sagittarius A gingen bestuderen, merkten ze dat deze sterren zeer snel bewegen, soms wel 1500 km per seconde. Dat kan alleen wanneer ze rond een zeer zwaar object draaien: een zwart gat! Dit zwarte gat werd Saggitarius A* genoemd.

Men kan dit zwart gat uiteraard niet zien, maar wel de straling die het veroorzaakt: gas dat in een zwart gat valt, wordt door de enorme krachten samengedrukt en sterk opgewarmd. Hierdoor straalt het gas zeer sterk, en verraadt het onrechtstreeks de aanwezigheid van een zwart gat.

Het zwart gat in het centrum van ons Melkwegstelsel is uitzonderlijk zwaar: een gewoon zwart gat, dat kan ontstaan bij de dood van een ster, weegt hooguit 50 zonsmassa's. Sagittarius A* daarentegen weegt ongeveer 2,6 miljoen zonsmassa's! We spreken dan ook van een supermassief zwart gat. Wetenschappers denken dat elk sterrenstelsel in zijn kern zo'n supermassief zwart gat herbergt.

Kernzone en balken

In de bolvormige kernzone van onze Melkweg heersen zeer sterke magnetische velden en een zeer hoge dichtheid: er zijn veel meer stofwolken en sterren dan in de schijf. Daardoor is er natuurlijk veel meer energie: de talloze sterren verhitten de gaswolken, die op hun beurt straling gaan uitzenden.

In de kernzone begint ook de balk van ons Melkwegstelsel. Het bestaan van de balk werd pas in de jaren '70 ontdekt, toen men een methode ontwikkelde om het aantal sterren te meten in de kernzone. Die kernzone ligt immers, net zoals de kern, voor ons verstopt achter enorme wolken van gas en stof. Er zijn echter toevallig 'kleine' openingen in die wolken, vensters genoemd. Wetenschappers maten nu het aantal zwakke sterren dat door die vensters gedetecteerd kon worden, en ontdekten dat er op sommige plaatsen veel meer waren dan elders. Daaruit kunnen we afleiden dat het Melkwegstelsel inderdaad een balkspiraalstelsel is, waarbij de balk min of meer in de richting van ons zonnestelsel wijst.

Schijf met spiraalarmen

De platte schijf, waarin de spiraalarmen liggen, roteert rond de kern. Deze rotatiesnelheid ligt tussen 210 en 235 km/s. Zo doet onze zon er ongeveer 225 miljoen jaar over om één keer haar baan te doorlopen. Deze periode noemen we een kosmisch jaar. Zo is het één kosmisch jaar geleden dat de dinosauriërs hier heer en meester waren.

De spiraalarmen bestaan niet alleen uit sterren, maar ook uit stof en gas waaruit nieuwe sterren geboren kunnen worden. De spiraalarmen zelf zijn geen mooi homogeen geheel: ze bestaan uit complexe structuren in de gaswolken, met holtes en muren. De holtes worden superbellen genoemd. Superbellen worden gevormd wanneer een aantal jonge, hete sterren die samen zijn gevormd kort na elkaar een supernova ondergaan: ze blazen dan een holte in de gaswolk waaruit ze ontstonden.

Het interstellair gas is niet homogeen verdeeld
maar vertoont grote gaten: superbellen. [Foto: IRAS]

Hoe de spiraalarmen van een sterrenstelsel ontstaan, is nog lang niet achterhaald. Tegenwoordig neemt men aan dat de armen geen echte objecten zijn, maar eerder een soort van golven waar het gas en stof wordt samengedrukt (zoals ook de golven op zee).

Bolhopen

Een bolhoop is een bolvormige groep sterren. Spiraalvormige sterrenstelsels zoals ons Melkwegstelsel zijn typisch omgeven door een halo van bolhopen. Bolhopen hangen goed aaneen door zwaartekracht – vandaar hun typisch sferische vorm – en zijn zeer compact in de buurt van hun kern. Hierdoor komen sterren soms heel dicht bij elkaar. Bolhopen bestaan meestal uit honderdduizenden oude sterren, in een volume van slechts enkele kubieke lichtjaren.

Halo

Rond ons melkwegstelsel bevindt zich een bolvormige halo, met een diameter van 200 000 lichtjaar - veel groter dan de schijf dus. De halo bestaat uit dunne gasslierten, wijd verspreide losse sterren en ongeveer 150 bolhopen.

De losse sterren in de halo beschrijven sterk verschillende elliptische banen rondom de kern van het melkwegstelsel, en passeren daarbij soms doorheen de schijf van de Melkweg. Vermoedelijk gaat het om sterren die door de onderlinge aantrekkingskracht of door een supernova uit de schijf zijn weggeslingerd.

De bolhopen zijn de helderste objecten in de halo. Tot nu toe zijn er zo'n 150-tal bolhopen in ons melkwegstelsel geïdentificeerd. Men schat dat er in totaal zo'n 200 moeten zijn, maar een aantal ervan zit verstopt achter de stofbanden van ons melkwegstelsel. Ook bij M31 en andere nabije sterrenstelsels zijn er bolhopen ontdekt.

De sterren in de bolhopen zijn ouder dan de sterren in de schijf van de Melkweg. Ze verschillen ook sterk qua samenstelling. Om het onderscheid te maken spreekt men van respectievelijk populatie I (jonge sterren in de schijf) en populatie II (oude sterren in de bolhopen). Men weet dat populatie I-sterren jonger zijn doordat ze aanzienlijk meer zware elementen (voornamelijk ijzer) bevatten, elementen die pas na vele miljarden jaren in het universum voorradig waren. De populatie II-sterren in ons melkwegstelsel zijn ongeveer 12 miljard jaar oud, de populatie I-sterren tot maximaal 5 miljard jaar.

Recent onderzoek toonde aan dat het mogelijk is dat een aantal bolhopen in het melkwegstelsel eigenlijk afkomstig zijn van buiten ons stelsel. Ze zouden dan afkomstig zijn van sterrenstelsels die in het verleden met ons melkwegstelsel gebotst zijn. Zo zou bijvoorbeeld M54 eigenlijk bij het Sagittarius Elliptisch Dwergstelsel behoren. Omega Centauri, de grootste bolhoop in onze melkweg, is mogelijk de overgebleven kern van een reeds lang geleden verdwenen dwergstelsel.

Links: De heldere bolhoop M13. [Foto: Dominique Dierick]

Onze plaats in het Melkwegstelsel

En waar bevinden wij ons in die structuur? De Zon ligt in een vertakking van de Perseus-arm. Deze vertakking wordt ook wel de Orion-arm genoemd. De plaats waar de vertakking zich afsplitst ligt vermoedelijk in het sterrenbeeld Zwaan, waar we een donkere stofband kunnen zien. De Perseus-arm zelf loopt door aan de buitenkant van de vertakking, op ongeveer 2600 lichtjaar van de Zon (de Zon ligt op zo'n 25 000 tot 28 000 lichtjaar van het centrum van de Melkweg). Naar de binnenkant toe, op 5000 lichtjaar van de Zon, ligt de Sagittarius arm. Wat daarachter ligt kunnen we moeilijk zien, maar radiowaarnemingen duiden op nog meer armen. We kunnen bovendien door enkele 'vensters' kijken: de sterrenwolken M24 en de Scutumwolk zijn eigenlijk gaten in de Sagittarius-arm waardoor we naar de achterliggende armen kunnen kijken.

Onze Zon bevindt zich (toevallig) ook in een superbel, een opening in het interstellaire gas. Onze superbel wordt de Lokale Bel genoemd. Onze Lokale Bel is waarschijnlijk zo'n 30 miljoen jaar oud - ouder dus dan de mensheid, maar jonger dan de dinosauriërs. De Zon, die veel ouder is, is dus maar een toevallige voorbijganger, en zal over ongeveer 10 miljoen jaar in de stofmuur rond de lokale bel terechtkomen.

Een bovenaanzicht van onze Melkweg.