Wat is een melkwegstelsel? Definitie, soorten en belangrijke feiten

Ontdek wat een melkwegstelsel is: definitie, soorten (spiraal, elliptisch, lenticulair, onregelmatig) en fascinerende feiten over sterren, zwaartekracht en het universum.

Een melkwegstelsel is een groot, gravitationeel gebonden stelsel van vele sterren, samen met grote hoeveelheden gas, stof en een aanzienlijke component van donkere materie. De term komt van het Griekse woord galaxia, wat verwijst naar een 'melkwegstelsel' en is afgeleid van de naam van ons eigen stelsel, de Melkweg. Melkwegstelsels variëren sterk in grootte, massa en vorm, van dwergstelsels met enkele miljoenen sterren tot reuzenstelsels met honderden miljarden sterren.

Samenstelling en dynamica

De zwaartekracht is de kracht die een melkwegstelsel bij elkaar houdt en bepaalt hoe sterren en gas zich bewegen. De zwaartekracht werkt tegen de algemene uitdijing van het universum; die uitdijing vindt vooral plaats tussen afzonderlijke groepen en clusters van melkwegstelsels, niet binnen de gravitationeel gebonden systemen zelf. Binnen een melkwegstelsel beweegt vrijwel alles om een gemeenschappelijk massamiddelpunt, wat het gevolg is van de onderlinge zwaartekrachtsinteracties.

Naast waarneembare materie (sterren, gas en stof) bevatten melkwegstelsels veel meer massa in de vorm van donkere materie. Observaties van rotatiecurves van spiraalstelsels en bewegingen van sterren in elliptische stelsels tonen aan dat er veel meer massa aanwezig is dan die verklaard kan worden door alleen de zichtbare componenten—dat is een belangrijk bewijs voor donkere materie. In de kernen van veel melkwegstelsels bevindt zich bovendien een superzwaar zwart gat dat een belangrijke rol kan spelen in de evolutie van het stelsel en in uitbarstingen van energie (actieve kernen, quasars).

Soorten melkwegstelsels

Er bestaan verschillende hoofdtypen melkwegstelsels; de belangrijkste categorieën zijn:

• Elliptische sterrenstelsels: vaak ovaalvormig tot bolvormig, weinig koud gas en stof, en relatief lage sterrenvorming; ze bevatten vooral oudere sterren.
• Spiraalvormige sterrenstelsels: plat met een centrale verdikking en spiraalarmen; meestal actief in stervorming. Spiraalstelsels kunnen zowel met als zonder spijlen voorkomen.
• Lenticulaire sterrenstelsels: tussenvorm tussen elliptische en spiraalstelsels, met een schijf maar zonder duidelijke spiraalarmen; vaak weinig nieuwe stervorming.
• Onregelmatige melkwegstelsels: geen duidelijke symmetrie of structuur, vaak rijk aan gas en actieve stervorming—veel voorkomende types bij dwergstelsels en bij stelsels die interacties ondergaan.

Bij spiraalstelsels wordt soms gesproken over 'spijlen' (bars): rechte structuren van sterren en gas door het centrum heen die de dynamica en gasstroming in het stelsel beïnvloeden.

Schaal, aantallen en omgeving

Melkwegstelsels komen vaak voor in groepen en clusters. Onze eigen Melkweg maakt deel uit van de Lokale Groep, een kleine verzameling stelsels die gravitationeel met elkaar verbonden zijn. Grotere samenstellingen worden superclusters genoemd.

Het waarneembare Heelal bevat meer dan 2 biljoen (¹⁰¹²) melkwegstelsels en in totaal maar liefst 1×1024 sterren (meer sterren dan alle zandkorrels op de planeet Aarde). Deze getallen zijn schattingen die afhangen van de gevoeligheid van onze waarnemingsinstrumenten en van modellen voor het aantal zwakke of verafgelegen stelsels; in praktische termen spreken we vaak van ongeveer 10^12–10^13 melkwegstelsels en ~10^24 sterren in het waarneembare heelal.

Belangrijke processen en observatie

Belangrijke processen die de vorming en evolutie van melkwegstelsels bepalen zijn onder meer:

• Hierarchische samenklontering: kleinere stelsels fuseren tot grotere structuren.
• Fusies en interacties: botsingen kunnen stervorming stimuleren of juist gas uit het stelsel verdrijven, en kunnen elliptische stelsels vormen uit eerdere spiraalstelsels.
• Stervorming en supernova's: reguleren het gaspeil en verspreiden zwaardere elementen.
• Actieve kernen en feedback van superzware zwarte gaten: krachtige stralings- of jets kunnen de evolutie van het stelsel beïnvloeden.

Observaties van melkwegstelsels vinden plaats over het hele elektromagnetische spectrum — van radio- en infraroodwaarnemingen (die koud gas en stof laten zien) tot optische en röntgenwaarnemingen (sterren, hete gaswolken en actieve kernen). Afstanden tot stelsels worden vaak bepaald via roodverschuiving en de Hubblewet, waarmee ook informatie over de uitdijing van het universum wordt verkregen.

Samengevat: een melkwegstelsel is een complex, dynamisch systeem bestaande uit sterren, gas, stof en donkere materie dat door zwaartekracht bij elkaar wordt gehouden. De variatie in vormen, groottes en evolutiepaden maakt het bestuderen van melkwegstelsels essentieel om het ontstaan en de ontwikkeling van het universum te begrijpen.

Beschrijving

Er zijn melkwegstelsels van verschillende grootte. Typische melkwegstelsels variëren van dwergen met maar tien miljoen (¹⁰⁷) sterren tot reuzen met honderd biljoen (¹⁰¹⁴) sterren, die allemaal rond het massamiddelpunt van het melkwegstelsel draaien. Melkwegstelsels kunnen veel verschillende sterrenstelsels, sterrenclusters en verschillende interstellaire wolken bevatten. De Zon is één van de sterren in het Melkwegstelsel; het Zonnestelsel omvat de Aarde en alle andere objecten die om de Zon draaien.

Sterrenclusters zijn geen sterrenstelsels, ze zitten in sterrenstelsels. Bolvormige sterrenhopen zijn bolvormige sterrenhopen die deel uitmaken van de buitenste halo van de Melkweg. Een van de grootste (en oudste) bekende sterrenhopen, Messier 15, heeft enkele miljoenen sterren, dicht op elkaar gepakt, met een zwart gat in het midden. De sterren zijn te dicht opeengepakt om een nauwkeurige telling te krijgen, maar het heeft zeker meer sterren dan sommige van de kleinere sterrenstelsels.

Binnen melkwegclusters bewegen melkwegstelsels ten opzichte van andere stelsels. Ze kunnen botsen en doen dat ook. Als dit gebeurt, bewegen de sterren over het algemeen langs elkaar heen, maar gaswolken en stof reageren op elkaar, en kunnen een uitbarsting van nieuwe sterren vormen. De zwaartekracht trekt beide melkwegstelsels in enigszins nieuwe vormen, waarbij ze staven, ringen of staartachtige structuren vormen.

Veel melkwegstelsels blijven nieuwe generaties sterren vormen. De Melkweg, en alle spiraalvormige melkwegstelsels zoals deze (zie rechter foto van NGC 2997), produceren nieuwe sterren met een snelheid van één of twee sterren per jaar. Deze stervorming gebeurt in de grote interstellaire wolken die ongeveer 1% tot 10% van de massa van deze melkwegstelsels uitmaken. Globulaire sterrenclusters daarentegen vormen op dit moment geen sterren omdat deze activiteit miljarden jaren geleden plaatsvond en vervolgens stopte toen alle gas- en stofwolken opgebruikt waren.

In de astronomische literatuur wordt het woord 'Melkwegstelsel' met een hoofdletter G gebruikt voor ons melkwegstelsel, de Melkweg. De miljarden andere sterrenstelsels zijn geschreven als 'melkwegstelsel' met een kleine letter g. De term Melkweg kwam voor het eerst voor in het Engels in een gedicht van Chaucer.

"Zie ginds, zie, de Melkweg
die mannen de Melkweg klieft,
want hit is whyt".

Toen William Herschel zijn catalogus van deep sky objecten schreef, gebruikte hij de naam spiraalnevel voor objecten als de Andromeda Melkweg. 200 jaar later ontdekten astronomen dat ze gemaakt zijn van sterren zoals de Melkweg, dus de term 'nevel' wordt nu alleen nog maar gebruikt voor diffuse structuren binnen een melkwegstelsel.

NGC 2997, een spiraalvormig sterrenstelsel in het sterrenbeeld Antila, produceert nieuwe sterren met een snelheid van 1 of 2 sterren per jaar.

Types

Er zijn twee hoofdtypen van melkwegstelsels, spiraalvormige melkwegstelsels en elliptische melkwegstelsels. Ze zijn geclassificeerd volgens de Hubble-sequentie.

Spiraalstelsel

Een spiraalvormige melkweg is een melkwegstelsel dat een spiraalvorm heeft. De meeste sterrenstelsels in het heelal die door astronomen worden waargenomen zijn spiraalvormige sterrenstelsels (ongeveer 77%).

Ze zijn in tweeën gedeeld:

• Barred Spiral Galaxy (geclassificeerd als "SB")
• Ongebarsten spiraalstelsel (geclassificeerd als "SA")

NGC 1300 en NGC 1672 zijn voorbeelden van versperde spiraalstelsels. Whirlpoolmelkwegstelsel en Messier 81 zijn voorbeelden van niet-gestoorde spiraalstelsels.

De identificerende kenmerken van een spiraalvormig melkwegstelsel zijn schijfvormige roterende, spiraalvormige armen en een uitstulping in de galactische kern. De spiraalvormige armen zijn de plaats waar nieuwe hete sterren worden geboren. "Bolling" in de galactische kern heeft oude sterren. Dit kenmerk is gemeenschappelijk voor de meeste spiraalvormige sterrenstelsels.

Elliptische melkwegstelsel

Een elliptisch melkwegstelsel is een melkwegstelsel dat een ellipsoïde (3D of ellips) vorm heeft. Dit type melkwegstelsel is dominant in het heelal, vooral in melkwegclusters. De vorm varieert van cirkelvormig, ellipsvormig en sigaarvormig. In Hubble Sequence kan deze vorm worden weergegeven als klasse :

• E0 (cirkelvormig)
• E53 (ellipsvormig)
• E7 (sigaarvormig)

Elliptische melkwegstelsels kunnen een groot bereik hebben. Het gigantische elliptische melkwegstelsel kan meer dan 1 miljoen lichtjaar duren en de kleinste (bekend als "dwerg elliptisch melkwegstelsel") zijn minder dan een tiende van de grootte van de Melkweg. De massa van een elliptisch melkwegstelsel is ook groot. Een gigantisch elliptisch melkwegstelsel kan een massa van ¹⁰¹³ (vele triljoenen) zonnemassa's hebben.

Andere soorten sterrenstelsels

Een lenticulair melkwegstelsel is een melkwegstelsel gezien in een schijfvorm. Het bepalen van de vorm van een lenticulair melkwegstelsel is moeilijk omdat de vorm tussen een spiraalvormig melkwegstelsel en een ellipsvormig melkwegstelsel kan liggen. De vorm kan bekend worden gemaakt door te kijken naar de uitstulping van het galactische centrum. Als de uitstulping erg helder is, is het een spiraalvormig sterrenstelsel

Hubble-volgorde


NGC 1300 is een getraliede spiraalvormige melkweg.


ESO 325-G004 is een elliptisch melkwegstelsel.


Lenticulair sterrenstelsel NGC 5308

Vragen en antwoorden

V: Wat is een sterrenstelsel?

V: Waar komt het woord 'sterrenstelsel' vandaan?

V: Hoe worden sterrenstelsels bij elkaar gehouden?

V: Welke soorten sterrenstelsels bestaan er?

V: Hoeveel sterren zitten er in een geschat aantal van 1x1024 sterrenstelsels?

Zoek op letter