Clusters en superclusters

Clusters

Sterrenstelsels zijn niet uniform verdeeld over de ruimte, maar gegroepeerd in clusters van verschillende groottes. Een cluster is dus eigenlijk een verzameling van sterrenstelsels, intergalactische bolhopen en gaswolken. De meeste sterrenstelsels zijn klein: ze zijn eerder een 'opvulling' van de lege ruimte tussen de grote sterrenstelsels die de evolutie van de cluster bepalen. Er zijn maar weinig sterrenstelsels die geen deel uitmaken van een cluster. Zelfs de verste (en dus de jongste) sterrenstelsels die men tot nu toe heeft kunnen waarnemen, zijn gegroepeerd in clusters. De clusters zelf maken op hun beurt deel uit van superclusters.

Clustertypes

Er zijn verschillende manieren om clusters van sterrenstelsels in te delen. De voornaamste zijn die op basis van hun grootte en van hun samenstelling.

Sterrenstelselclusters worden op basis van hun grootte opgedeeld in 3 types.

• Een kleine verzameling van sterrenstelsels wordt een groep genoemd (bijvoorbeeld de Lokale Groep).
• Sterrenstelsels die een grotere en lossere structuur vormen noemt men een samenstel.
• Een zeer compacte opeenstapeling van veel sterrenstelsels is een reuzencluster.

Links: De compacte groep Hickson 79 (Seyfert's Sextet, NGC 6027) [Foto: STScI]
Rechts: De reuzencluster Abell 1689 [Foto: STScI]

Naast deze opdeling in grootte gebruikt men ook een opdeling volgens de samenstelling van de cluster. De sterrenstelsels worden dan onderverdeeld in regelmatige clusters, rijke clusters en onregelmatige clusters.

Rijke clusters

Rijke clusters bevatten duizenden sterrenstelsels, vooral elliptische en lensvormige stelsels, en zijn bolvormig. De sterrenstelsels zijn geconcentreerd in het midden. In deze rijke clusters heerst een grote botsingsgraad tussen de verschillende sterrenstelsels. Die botsingen zorgen voor een grote gasuitstoting uit de sterrenstelsels. Dit kan verklaren waarom rijke clusters een relatief hoog aantal E en S0 sterrenstelsels bezitten.

Vaak ligt er in het midden van zo'n rijke cluster een gigantisch elliptisch sterrenstelsel. Dit stelsel is zo groot geworden doordat het in zijn verleden met veel kleinere stelsels is gebotst. Omdat de dwergstelsels zoveel kleiner waren dan het elliptische sterrenstelsel, werden ze 'opgeslokt'. Hierdoor groeide het elliptisch sterrenstelsel uit tot een superreus. Een voorbeeld is de Fornaxcluster: de S0-sterrenstelsels zijn er sterk geconcentreerd in de compacte kern, terwijl de regio daarrond meer verspreide spiraalstelsels bevat.

Maar de kosmische botsingen kunnen niet de enige reden zijn voor de overvloed aan S0-sterrenstelsels in een reuzencluster, omdat de botsingswaarschijnlijkheid voor de meeste sterrenstelsels lager ligt dan het aantal botsingen die tot de vorming van E- en S0-sterrenstelsels hebben geleid.

Regelmatige clusters

De regelmatige clusters hebben een diameter van ongeveer 10 miljoen lichtjaar en hebben geen duidelijke grenzen. Tussen de sterrenstelsels liggen gas, losse sterren en bolhopen. De stelsels bewegen doorheen deze clusters met een gemiddelde snelheid van 1000 km per seconde. Ook in de regelmatige clusters komen nog veel S0-sterrenstelsels voor. Een voorbeeld van een regelmatige cluster is de M81 groep.

Onregelmatige clusters

Al de andere clusters zijn onregelmatig. Deze onregelmatige clusters kunnen heel klein zijn of reusachtig groot, zoals bijvoorbeeld de Virgo cluster. Onregelmatige clusters bevatten een mengeling van alle soorten sterrenstelsels. Ze hebben ook intergalactische bolhopen.

Enkele nabije clusters

In de nabijheid van onze eigen cluster, de Lokale Groep, vinden we een zestal clusters van sterrenstelsels.

M81 groep

De kleine groep van sterrenstelsels rond M81 ligt met 12 miljoen lichtjaar vrij dicht bij de Lokale Groep. De groep bestaat uit de goed zichtbare stelsels M81 en M82 en verder de leden NGC 3077, NGC 2976, NGC 2366 en een 15-tal kleinere stelsels.

Hoewel de sterrenstelsels in visueel licht duidelijk van elkaar gescheiden zijn, blijkt in radiostraling dat M81, M82 en NGC 3307 met elkaar verbonden zijn door gigantische stofbruggen.

Links: De M81 groep visueel.
Rechts: De M81 groep in radiostraling.

Virgo cluster

Deze cluster staat met 53,8 miljoen lichtjaar het dichtstbij onze Lokale Groep. Hij telt duizenden leden en is onregelmatig van vorm. In vergelijking met onze Lokale Groep met haar 45 sterrenstelsels is dit dus een gigantische cluster! In het hart van de cluster ligt het reuzengrote elliptische stelsel M87. Men denkt dat het stelsel een massa heeft van bijna 8 000 miljoen zonsmassa's en meer dan 10 000 bolhopen bezit.

De Virgo cluster ligt in het centrum van de Virgo Supercluster. De foto toont het kerngebied van de cluster, ook bekend als 'de ketting van Markarian'.

Grotere afbeelding / Met labels

Fornax cluster

De Fornax cluster is na de Virgo cluster de grootste cluster van sterrenstelsels in onze omgeving. Toch is hij een heel stuk kleiner dan de Virgo cluster. Eigenlijk bestaat de Fornax cluster uit twee vlak bij elkaar liggende groepen, Fornax I en Fornax II genoemd (soms wordt Fornax II ook de Eridanus groep genoemd). Elk van beide delen bevat ongeveer 40 sterrenstelsels.

Het centrum van de Fornax cluster. [Foto: DSS]

Superclusters

Lange tijd heeft men gedacht dat clusters van sterrenstelsels de grootste entiteiten in het heelal waren, tot men ontdekte dat de meeste clusters deel uitmaken van iets nog groters: superclusters, met in hun kern vreemde attractoren. De superclusters zijn op hun beurt geordend in een sponsachtig netwerk van muren en holtes. Onze waarnemingsmethoden bereiken nu stilaan de grenzen van het heelal. Zullen we nog iets groters kunnen ontdekken?

Naargelang wetenschappers meer clusters van sterrenstelsels in kaart brachten, ontdekten ze dat er een nog grotere structuur is: de clusters behoren samen tot superclusters. Superclusters zijn werkelijk reusachtig groot: de grootste meten meer dan 1 miljard lichtjaar.

Onze Lokale Groep behoort tot de Virgo supercluster (ook wel de Lokale Supercluster genoemd). De Virgocluster ligt in het centrum van deze supercluster, terwijl de Lokale Groep eerder aan de rand van de Virgo supercluster zit. De Virgo supercluster is rond en afgeplat van vorm, met een diameter van ongeveer 200 miljoen lichtjaar. Hij bevat ongeveer 100 groepen en clusters van sterrenstelsels. De geschatte massa van de Virgo supercluster bedraagt niet minder dan 1 000 000 000 000 000 zonsmassa's, het overgrote deel daarvan donkere materie.

Enkele nabije superclusters

            
Attractoren

In de Virgo Supercluster vinden we ook de Grote Attractor, een vreemde gravitationele anomalie ontdekt in 1986 die een kracht uitoefent op de sterrenstelsels in de Groep. Toen wetenschappers de roodverschuiving van de sterrenstelsels begonnen op te meten, merkten ze dat ze de bewegingen pas konden verklaren als ze uitgingen van een enorme onzichtbare massa, gelijk aan de massa van tienduizenden sterrenstelsels, die op ongeveer 250 miljoen lichtjaar afstand van ons sterrenstelsel ligt, in het sterrenbeeld Norma. Doordat dit gebied achter een arm van onze eigen Melkweg ligt, is het moeilijk te bestuderen. Vermoedelijk is de cluster Abell 3627 de kern van de Grote Attractor: in gewoon licht zijn er in deze buurt een klein aantal sterrenstelsels te zien, maar infraroodopnames met de Rosat-satelliet toonden aan dat er veel meer stelsels zijn, ingebed in enorme stofwolken.

De omgeving van de Grote Attractor. De witte sterren behoren tot ons melkwegstelsel, maar de meeste andere lichtvlekjes zijn andere sterrenstelsels.
In deze omgeving bevindt zich ook een gigantische hoeveelheid donkere materie, die alle sterrenstelsels van de Virgo supercluster aantrekt. [Foto: ESO]

Muren en leegtes

Lange tijd werd gedacht dat superclusters de grootste bouwstenen van het universum waren. In 1989 ontdekten wetenschappers echter een nog grotere structuur: de Grote Muur. Deze is 500 miljoen lichtjaar lang, 300 miljoen lichtjaar breed en slechts 15 miljoen lichtjaar dik. Hij bestaat uit een aaneenrijging van superclusters, onder andere de Coma en Hercules superclusters.

Naast de Grote Muur zijn er nog andere 'muren': de superclusters vormen een draderig netwerk van filamenten. Tussen de muren gapen enorme leegtes (voids). De leegtes zijn gemiddeld ongeveer 25 MPc groot, maar er zijn ook superleegtes. De grootste leegte die tot nu toe werd waargenomen, de Leegte van Boötes, meet niet minder dan 125 MPc in doormeter.

De ontdekking van deze filamenten en leegtes veroorzaakte nogal wat deining in de wetenschappelijke wereld: voordien gingen alle theorieën ervan uit dat de materie redelijk homogeen over het universum verdeeld was na de Oerknal. Dat blijkt nu niet het geval te zijn. Een mogelijke oplossing voor het probleem is het gebruik van de Constante van Einstein, een theorie die zegt dat de dichtheid van energie en materie kan variëren in de loop van het bestaan van het heelal.

De verdeling van de materie in de ruimte tot op 500 miljoen lichtjaar afstand. Bijna het hele zichtbare heelal staat op deze afbeelding,
behalve de delen die achter onze eigen Melkweg verborgen liggen. Je ziet duidelijk leegtes, filamenten en muren.