Melkweg -Milky Way

Van Wikipedia, de gratis encyclopedie

Melkweg
ESO-VLT-Laser-phot-33a-07.jpg
Observatiegegevens (J2000- tijdperk )
Sterrenbeeld Boogschutter
rechte klimming 17 u 45 m 40.0409 s
Declinatie −29° 00′ 28.118″
Afstand 25,6–27,1 kly (7,86–8,32 kpc)
Eigenschappen
Type Sb, Sbc of SB(rs)bc (
balkspiraalstelsel )
Massa (0,8–1,5 ) × 10 12 M
Aantal sterren 100-400 miljard
Maat Stellaire schijf : 185 ± 15 kly Halo
donkere materie : 1,9 ± 0,4 Mly (580 ± 120 kpc )
Dikte van dunne stellaire schijf ≈2 kly (0,6 kpc)
impulsmoment 1 × 10 67 J s
Galactische rotatieperiode van de zon 240 Myr
Spiraalpatroon rotatieperiode 220–360 Myr
Rotatieperiode staafpatroon 100–120 Myr
Snelheid ten opzichte van CMB -rustframe 552,2 ± 5,5 km/s
Ontsnappingssnelheid op de positie van de zon 550 km/s
Dichtheid van donkere materie op de positie van de zon 0,0088+0,0024
−0,0018
M pc −3 of0.35+0.08
−0.07
GeV cm −3
Zie ook: Galaxy, Lt van sterrenstelsels

De Melkweg is de melkweg die ons zonnestelsel omvat, met de naam die het uiterlijk van de melkweg vanaf de aarde beschrijft : een wazige lichtband die aan de nachtelijke hemel wordt gezien, gevormd door sterren die niet afzonderlijk met het blote oog kunnen worden onderscheiden . De term Melkweg is een vertaling van het Latijn via lactea, van het Griekse γαλακτικός κύκλος ( galaktikos kýklos ), wat "melkachtige cirkel" betekent. Vanaf de aarde ziet de Melkweg eruit als een band omdat de schijfvormige structuur van binnenuit wordt bekeken. Galileo Galilei loste de lichtband voor het eerst op in afzonderlijke sterren met zijn telescoop in 1610. Tot het begin van de jaren twintig dachten de meeste astronomen dat de Melkweg alle sterren in het heelal bevatte . Na het Grote Debat van 1920 tussen de astronomen Harlow Shapley en Heber Curtis, toonden waarnemingen door Edwin Hubble aan dat de Melkweg slechts een van de vele sterrenstelsels is.

De Melkweg is een balkspiraalstelsel met een geschatte zichtbare diameter van 100.000-200.000 lichtjaar . Recente simulaties suggereren dat een gebied van donkere materie, dat ook enkele zichtbare sterren bevat, zich kan uitstrekken tot een diameter van bijna 2 miljoen lichtjaar. De Melkweg heeft verschillende satellietstelsels en maakt deel uit van de Lokale Groep van sterrenstelsels, die deel uitmaken van de Maagd Supercluster, die zelf een onderdeel is van de Laniakea Supercluster .

Het bevat naar schatting 100-400 miljard sterren en minstens dat aantal planeten . Het zonnestelsel bevindt zich in een straal van ongeveer 27.000 lichtjaar van het galactische centrum, aan de binnenrand van de Orion -arm, een van de spiraalvormige concentraties van gas en stof. De sterren in de binnenste 10.000 lichtjaar vormen een uitstulping en een of meer balken die uit de uitstulping stralen. Het galactische centrum is een intense radiobron die bekend staat als Sagittarius A*, een superzwaar zwart gat van 4.100 (± 0,034) miljoen zonsmassa's . Sterren en gassen op een groot aantal afstanden van het Galactische Centrum draaien met een snelheid van ongeveer 220 kilometer per seconde. De constante rotatiesnelheid lijkt in tegenspraak met de wetten van de Kepler-dynamica en suggereert dat veel (ongeveer 90%) van de massa van de Melkweg onzichtbaar is voor telescopen en geen elektromagnetische straling uitzendt of absorbeert . Deze vermoedelijke massa wordt " donkere materie " genoemd. De rotatieperiode is ongeveer 240 miljoen jaar in de straal van de zon. De Melkweg als geheel beweegt zich met een snelheid van ongeveer 600 km per seconde ten opzichte van extragalactische referentiekaders. De oudste sterren in de Melkweg zijn bijna net zo oud als het heelal zelf en zijn dus waarschijnlijk kort na de donkere middeleeuwen van de oerknal gevormd . Op 12 mei 2022 maakten astronomen voor het eerst de afbeelding bekend van Sagittarius A*, het superzware zwarte gat in het centrum van het Melkwegstelsel.

Etymologie en mythologie

In het Babylonische epische gedicht Enūma Eliš wordt de Melkweg gecreëerd uit de afgehakte staart van de oer-zoutwaterdraak Tiamat, in de lucht geplaatst door Marduk, de Babylonische nationale god, nadat hij haar had verslagen. Er werd ooit gedacht dat dit verhaal gebaseerd was op een oudere Sumerische versie waarin Tiamat in plaats daarvan wordt gedood door Enlil van Nippur, maar nu wordt aangenomen dat het puur een uitvinding is van Babylonische propagandisten met de bedoeling om Marduk te laten zien als superieur aan de Sumerische goden.

In de Griekse mythologie legt Zeus zijn zoon, geboren door een sterfelijke vrouw, het kind Heracles, op Hera 's borst terwijl ze slaapt, zodat de baby haar goddelijke melk zal drinken en zo onsterfelijk wordt. Hera wordt wakker terwijl ze borstvoeding geeft en realiseert zich dan dat ze een onbekende baby borstvoeding geeft: ze duwt de baby weg, een deel van haar melk morst en het produceert de lichtband die bekend staat als de Melkweg. De oude Grieken geloofden dat het uiterlijk van de Melkweg werd gevormd toen Athena Heracles van haar borst scheurde die overal melk spoot.

Llys Dôn (letterlijk "Het Hof van Dôn ") is de traditionele Welshe naam voor het sterrenbeeld Cassiopeia . Ten minste drie van de kinderen van Dôn hebben ook astronomische associaties: Caer Gwydion ("Het fort van Gwydion ") is de traditionele Welshe naam voor de Melkweg, en Caer Arianrhod ("Het fort van Arianrhod ") is het sterrenbeeld Corona Borealis .

In de westerse cultuur is de naam "Melkweg" afgeleid van zijn verschijning als een vage onopgeloste "melkachtige" gloeiende band die over de nachtelijke hemel boog. De term is een vertaling van het klassieke Latijn via lactea, op zijn beurt afgeleid van het Hellenistische Griekse γαλαξίας, een afkorting voor γαλαξίας κύκλος ( galaxías kýklos ), wat "melkachtige cirkel" betekent. Het Oudgriekse γαλαξίας ( galaxias ) - van wortel γαλακτ -, γάλα ("melk") + -ίας (vormende bijvoeglijke naamwoorden) - is ook de wortel van "melkwegstelsel", de naam voor onze, en later alle dergelijke verzamelingen sterren.

De Melkweg, of "melkcirkel", was slechts een van de 11 "cirkels" die de Grieken in de lucht identificeerden, andere waren de dierenriem, de meridiaan, de horizon, de evenaar, de tropen van Kreeft en Steenbok, Arctische en Antarctische cirkels, en twee gekleurde cirkels die door beide polen gaan.

Een zicht op de Melkweg in de richting van het sterrenbeeld Boogschutter (inclusief het Galactische Centrum ), gezien vanaf een donkere plek met weinig lichtvervuiling (de Black Rock Desert, Nevada), het heldere object rechtsonder is Jupiter, net boven Antares

Verschijning

Een time-lapse- video die de Melkweg vastlegt die over ALMA . buigt

De Melkweg is vanaf de aarde zichtbaar als een wazige band van wit licht, zo'n 30° breed, die de nachtelijke hemel omspant . Hoewel bij waarnemingen aan de nachtelijke hemel alle individuele sterren aan de hele hemel deel uitmaken van het Melkwegstelsel, is de term "Melkweg" beperkt tot deze lichtband. Het licht is afkomstig van de opeenhoping van onopgeloste sterren en ander materiaal dat zich in de richting van het galactische vlak bevindt . Helderdere gebieden rond de band verschijnen als zachte visuele vlekken die bekend staan ​​als sterrenwolken . De meest opvallende hiervan is de Grote Boogschutter Star Cloud, een deel van de centrale uitstulping van de melkweg. Donkere gebieden binnen de band, zoals de Great Rift en de Coalsack, zijn gebieden waar interstellair stof het licht van verre sterren blokkeert. Het gebied van de lucht dat de Melkweg verduistert, wordt de Vermijdingszone genoemd .

De Melkweg heeft een relatief lage oppervlaktehelderheid . De zichtbaarheid kan sterk worden verminderd door achtergrondlicht, zoals lichtvervuiling of maanlicht . De lucht moet donkerder zijn dan ongeveer 20,2 magnitude per vierkante boogseconde om de Melkweg zichtbaar te maken. Het zou zichtbaar moeten zijn als de grensmagnitude ongeveer +5,1 of beter is en veel detail toont bij +6,1. Dit maakt de Melkweg moeilijk te zien vanuit helder verlichte stedelijke of voorstedelijke gebieden, maar zeer prominent wanneer bekeken vanuit landelijke gebieden wanneer de Maan onder de horizon staat. Kaarten met kunstmatige helderheid van de nachtelijke hemel laten zien dat meer dan een derde van de wereldbevolking de Melkweg niet vanuit huis kan zien vanwege lichtvervuiling.

Gezien vanaf de aarde beslaat het zichtbare gebied van het melkwegvlak van de Melkweg een gebied van de hemel dat 30 sterrenbeelden omvat . Het Galactische Centrum ligt in de richting van Boogschutter, waar de Melkweg het helderst is. Vanaf Boogschutter lijkt de wazige band van wit licht rond te gaan naar het galactische anticentrum in Auriga . De band vervolgt dan de rest van de weg rond de lucht, terug naar Boogschutter, en verdeelt de lucht in twee ongeveer gelijke hemisferen .

Het galactische vlak helt ongeveer 60° ten opzichte van de ecliptica (het vlak van de baan van de aarde ). Ten opzichte van de hemelevenaar, gaat het zo ver noordelijk als het sterrenbeeld Cassiopeia en zo ver naar het zuiden als het sterrenbeeld Crux, wat wt op de hoge helling van het equatoriale vlak van de aarde en het vlak van de ecliptica, ten opzichte van het galactische vlak. De noordelijke galactische pool bevindt zich op 12 h 49 m, declinatie +27,4° ( B1950 ) nabij β Comae Berenices, en de zuidelijke galactische pool bevindt zich in de buurt van α Sculptoris . Vanwege deze hoge hellingshoek kan de Melkwegboog, afhankelijk van de tijd van de nacht en het jaar, relatief laag of relatief hoog aan de hemel lijken. Voor waarnemers van ongeveer 65° noorderbreedte tot 65° zuiderbreedte, passeert de Melkweg tweemaal per dag recht boven ons hoofd.

Astronomische geschiedenis

De vorm van de Melkweg zoals afgeleid uit sterrentellingen door William Herschel in 1785; het zonnestelsel werd verondersteld nabij het centrum te zijn

In Meteorologica stelt Aristoteles (384-322 v.Chr.) dat de Griekse filosofen Anaxagoras ( ca.  500-428 v.Chr.) en Democritus (460-370 v.Chr.) voorstelden dat de Melkweg de gloed is van sterren die niet direct zichtbaar zijn vanwege de schaduw van de aarde, terwijl andere sterren hun licht van de zon ontvangen (maar hun gloed verduisterd hebben door zonnestralen). Aristoteles zelf geloofde dat de Melkweg deel uitmaakte van de bovenste atmosfeer van de aarde (samen met de sterren), en dat het een bijproduct was van het branden van sterren dat niet verdween vanwege zijn buitenste locatie in de atmosfeer (samen zijn grote cirkel ). De neoplatonistische filosoof Olympiodorus de Jongere ( ca.  495-570 AD ) bekritiseerde deze visie en voerde aan dat als de Melkweg onder de maan zou zijn, deze er anders uit zou moeten zien op verschillende tijden en plaatsen op aarde, en dat hij parallax zou moeten hebben, wat niet het geval is . Volgens hem is de Melkweg hemels. Dit idee zou later invloed hebben in de islamitische wereld .

De Perzische astronoom Abū Rayhān al-Bīrūnī (973-1048) stelde voor dat de Melkweg "een verzameling van talloze fragmenten van de aard van vage sterren" is. De Andalusische astronoom Avempace ( d 1138) stelde voor dat de Melkweg uit veel sterren bestaat, maar lijkt een continu beeld te zijn vanwege het effect van breking in de atmosfeer van de aarde, daarbij verwijzend naar zijn waarneming van een conjunctie van Jupiter en Mars in 1106 of 1107 als bew. Volgens Jamil Ragep, schrijft de Perzische astronoom Naṣīr al-Dīn al-Ṭūsī (1201-1274) in zijn Tadhkira : "De Melkweg, dwz de Melkweg, bestaat uit een zeer groot aantal kleine, strak geclusterde sterren, die, vanwege hun concentratie en kleinheid, lijken het troebele plekken te zijn. Hierdoor werd het vergeleken met melk in kleur." Ibn Qayyim Al-Jawziyya (1292–1350) stelde voor dat de Melkweg "een groot aantal kleine sterren is die samengepakt zijn in de sfeer van de vaste sterren" en dat deze sterren groter zijn dan planeten.

Het bew dat de Melkweg uit vele sterren bestaat, kwam in 1610 toen Galileo Galilei een telescoop gebruikte om de Melkweg te bestuderen en ontdekte dat deze is samengesteld uit een groot aantal zwakke sterren. In een verhandeling in 1755 speculeerde Immanuel Kant, voortbouwend op eerder werk van Thomas Wright, (juist) dat de Melkweg een roterend lichaam zou kunnen zijn van een enorm aantal sterren, bijeengehouden door zwaartekrachten die verwant zijn aan het zonnestelsel, maar op veel grotere schalen. De resulterende schijf van sterren zou vanuit ons perspectief in de schijf worden gezien als een band aan de hemel. Wright en Kant veronderstelden ook dat sommige van de nevels die zichtbaar zijn aan de nachtelijke hemel, zelf afzonderlijke "sterrenstelsels" zouden kunnen zijn, vergelijkbaar met de onze. Kant verwees naar zowel de Melkweg als de "extragalactische nevels" als "eilanduniversums", een term die tot in de jaren dertig nog steeds gangbaar was.

De eerste poging om de vorm van de Melkweg en de positie van de zon daarin te beschrijven, werd uitgevoerd door William Herschel in 1785 door het aantal sterren in verschillende delen van de zichtbare hemel zorgvuldig te tellen. Hij maakte een diagram van de vorm van de Melkweg met het zonnestelsel dicht bij het centrum.

In 1845 bouwde Lord Rosse een nieuwe telescoop en kon hij onderscheid maken tussen elliptische en spiraalvormige nevels. Hij slaagde er ook in om individuele puntbronnen in sommige van deze nevels te onderscheiden, wat geloof verleent aan Kants eerdere gissingen.

Foto van de "Grote Andromedanevel" uit 1899, later geïdentificeerd als de Andromedanevel

In 1904, toen hij de eigenbewegingen van sterren bestudeerde, meldde Jacobus Kapteyn dat deze niet willekeurig waren, zoals in die tijd werd aangenomen; sterren kunnen worden verdeeld in twee stromen, die in bijna tegengestelde richtingen bewegen. Later realiseerde men zich dat de gegevens van Kapteyn het eerste bew waren van de rotatie van onze melkweg, wat uiteindelijk leidde tot de ontdekking van galactische rotatie door Bertil Lindblad en Jan Oort .

In 1917 had Heber Curtis de nova S Andromedae waargenomen in de Grote Andromedanevel ( Messier-object 31). Toen hij het fotografische record doorzocht, vond hij nog 11 nova 's . Curtis merkte op dat deze nova's gemiddeld 10 magnitudes zwakker waren dan die in de Melkweg. Als gevolg hiervan kon hij een afstandsschatting van 150.000 parsecs maken. Hij werd een voorstander van de 'eilanduniversums'-hypothese, die stelde dat de spiraalnevels onafhankelijke sterrenstelsels waren. In 1920 vond het Grote Debat plaats tussen Harlow Shapley en Heber Curtis, over de aard van de Melkweg, spiraalnevels en de afmetingen van het heelal. Ter ondersteuning van zijn bewering dat de Grote Andromedanevel een extern sterrenstelsel is, merkte Curtis de verschijning op van donkere banen die lijken op de stofwolken in de Melkweg, evenals de significante Dopplerverschuiving .

De controverse werd definitief beslecht door Edwin Hubble in de vroege jaren 1920 met behulp van het Mount Wilson observatorium 2,5 m (100 inch) Hooker-telescoop . Met de lichtverzamelende kracht van deze nieuwe telescoop was hij in staat astronomische foto's te maken die de buitenste delen van sommige spiraalnevels als verzamelingen van individuele sterren oplosten. Hij kon ook enkele Cepheïden-variabelen identificeren die hij als maatstaf kon gebruiken om de afstand tot de nevels te schatten. Hij ontdekte dat de Andromedanevel zich op 275.000 parsec van de zon bevindt, veel te ver weg om deel uit te maken van de Melkweg.

Astrografie

Kaart van het Melkwegstelsel met de constellaties die het galactische vlak in elke richting doorkruisen en de bekende prominente componenten geannoteerd, waaronder hoofdarmen, sporen, staaf, kern/uitstulping, opmerkelijke nevels en bolvormige sterrenhopen .
Een overzicht van alle sterren in de Melkweg en naburige sterrenstelsels, gebaseerd op het eerste jaar van waarnemingen van de Gaia-satelliet, van juli 2014 tot september 2015. De kaart toont de dichtheid van de sterren in elk deel van de hemel. Helderdere gebieden duiden op dichtere concentraties van sterren. Donkerdere gebieden in het Melkwegvlak komen overeen met dichte wolken van interstellair gas en stof die sterlicht absorberen.

Het ESA- ruimtevaartuig Gaia geeft afstandsschattingen door de parallax van een miljard sterren te bepalen en brengt de Melkweg in kaart met vier geplande releases van kaarten in 2016, 2018, 2021 en 2024. Een onderzoek in 2020 concludeerde dat Gaia een wiebelende beweging van de melkweg ontdekte, die kunnen worden veroorzaakt door " koppels van een verkeerde uitlijning van de rotatie-as van de schijf ten opzichte van de hoofdas van een niet-sferische halo, of van opgelopen materie in de halo die is verkregen tijdens late inval, of van nabijgelegen, op elkaar inwerkende satellietstelsels en hun daaruit voortvloeiende getijden".

De locatie en buurt van Sun

Positie van het zonnestelsel in de Melkweg
Diagram van de Melkweg met de positie van het zonnestelsel gemarkeerd door een gele pijl en een rode stip in de Orion-arm . De stip beslaat ruwweg de grotere omgeving van het zonnestelsel, de ruimte tussen de Radcliffe Wave en Split lineaire structuren (voorheen de Gould Belt ).
Artistieke close-up van de Orion-arm met de belangrijkste kenmerken van de Radcliffe Wave en Split lineaire structuren, en met het zonnestelsel omringd door de dichtstbijzijnde grootschalige hemelelementen aan het oppervlak van de lokale bel op een afstand van 400-500 lichtjaar .

De zon bevindt zich nabij de binnenrand van de Orion-arm, binnen de lokale pluis van de lokale bel, tussen de Radcliffe-golf en de gespleten lineaire structuren (voorheen de Gould-gordel ). Gebaseerd op studies van stellaire banen rond Sgr A* door Gillessen et al. (2016), bevindt de zon zich op een geschatte afstand van 27,14 ± 0,46 kly (8,32 ± 0,14 kpc) van het galactische centrum. Boehle et al. (2016) vond een kleinere waarde van 25,64 ± 0,46 kly (7,86 ± 0,14 kpc), ook met behulp van een sterbaananalyse. De zon bevindt zich momenteel 5-30 parsec (16-98 ly) boven of ten noorden van het centrale vlak van de Galactische schijf. De afstand tussen de lokale arm en de volgende arm, de Perseus Arm, is ongeveer 2.000 parsecs (6.500 ly). De zon, en dus het zonnestelsel, bevindt zich in de galactische bewoonbare zone van de Melkweg .

Er zijn ongeveer 208 sterren helderder dan de absolute magnitude 8.5 binnen een bol met een straal van 15 parsec (49 ly) van de zon, wat een dichtheid geeft van één ster per 69 kubieke parsec, of één ster per 2.360 kubieke lichtjaar (uit List van de dichtstbijzijnde heldere sterren ). Aan de andere kant zijn er 64 bekende sterren (van elke grootte, 4 bruine dwergen niet meegerekend ) binnen 5 parsec (16 ly) van de zon, wat een dichtheid geeft van ongeveer één ster per 8,2 kubieke parsec, of één per 284 kubieke licht -jaar (van Lt met dichtstbijzijnde sterren ). Dit illustreert het feit dat er veel meer zwakke sterren zijn dan heldere sterren: aan de hele hemel zijn er ongeveer 500 sterren die helderder zijn dan de schijnbare magnitude 4, maar 15,5 miljoen sterren die helderder zijn dan de schijnbare magnitude 14.

De top van de weg van de zon, of de top van de zon , is de richting waarin de zon door de ruimte in de Melkweg reist. De algemene richting van de galactische beweging van de zon is in de richting van de ster Vega nabij het sterrenbeeld Hercules, onder een hoek van ongeveer 60 hemelgraden met de richting van het galactische centrum. De baan van de zon rond de Melkweg zal naar verwachting ruwweg elliptisch zijn met toevoeging van verstoringen als gevolg van de galactische spiraalarmen en niet-uniforme massaverdelingen. Bovendien gaat de zon ongeveer 2,7 keer per baan door het galactische vlak. Dit lijkt erg op hoe een eenvoudige harmonische oscillator werkt zonder de term sleepkracht (demping). Tot voor kort werd gedacht dat deze trillingen samenvielen met perioden van massale uitsterving van levensvormen op aarde. Een heranalyse van de effecten van de doorgang van de zon door de spiraalstructuur op basis van CO-gegevens heeft geen correlatie kunnen vinden.

Het zonnestelsel heeft ongeveer 240 miljoen jaar nodig om één baan om de Melkweg (een galactisch jaar ) te voltooien, dus men denkt dat de zon 18-20 banen heeft gemaakt tijdens zijn leven en 1/1250 van een revolutie sinds de oorsprong van de mens . De baansnelheid van het zonnestelsel rond het centrum van de Melkweg is ongeveer 220 km/s (490.000 mph) of 0,073% van de lichtsnelheid . De zon beweegt door de heliosfeer met 84.000 km/u (52.000 mph). Met deze snelheid duurt het ongeveer 1400 jaar voordat het zonnestelsel een afstand van 1 lichtjaar aflegt, of 8 dagen om 1 AU ( astronomische eenheid ) af te leggen. Het zonnestelsel gaat in de richting van het sterrenbeeld Schorpioen, dat de ecliptica volgt.

Galactische kwadranten

Diagram van de locatie van de zon in de Melkweg, de hoeken vertegenwoordigen lengtegraden in het galactische coördinatensysteem .

Een galactisch kwadrant, of kwadrant van de Melkweg, verwt naar een van de vier cirkelvormige sectoren in de verdeling van de Melkweg. In de astronomische praktijk is de afbakening van de galactische kwadranten gebaseerd op het galactische coördinatensysteem, dat de zon als de oorsprong van het kaartsysteem plaatst .

Kwadranten worden beschreven met rangtelwoorden - bijvoorbeeld "1e galactische kwadrant", "tweede galactische kwadrant" of "derde kwadrant van de Melkweg". Gezien vanaf de noordelijke galactische pool met 0° (nul graden) als de straal die begint vanaf de zon en door het galactische centrum, zijn de kwadranten:

Galactische
kwadrant
Galactische
lengtegraad
(ℓ)

Verwijzing
1e 0° ≤ ℓ ≤ 90°
2e 90° ≤ ℓ ≤ 180°
3e 180° ≤ ℓ ≤ 270°
4e
270° ≤ ℓ ≤ 360°
(360° ≅ 0°)

met de galactische lengte (ℓ) toenemend in de richting tegen de klok in ( positieve rotatie ) gezien vanaf het noorden van het galactische centrum (een gezichtspunt enkele honderdduizenden lichtjaren verwijderd van de aarde in de richting van het sterrenbeeld Coma Berenices ); als bekeken vanuit het zuiden van het galactische centrum (een gezichtspunt op vergelijkbare afstand in het sterrenbeeld Beeldhouwer ), zou met de klok mee toenemen ( negatieve rotatie ).

Grootte en massa

Men denkt dat de structuur van de Melkweg vergelijkbaar is met dit sterrenstelsel ( UGC 12158 afgebeeld door Hubble )

De Melkweg is het op één na grootste sterrenstelsel in de Lokale Groep (na het Andromedastelsel ), met een stellaire schijf met een diameter van ongeveer 170.000-200.000 lichtjaar (52-61 kpc) en gemiddeld ongeveer 1.000 ly (0,3 kpc). ) dik. Om de relatieve fysieke schaal van de Melkweg te vergelijken: als het zonnestelsel tot aan Neptunus zo groot zou zijn als een kwart van de VS (24,3 mm (0,955 in)), zou de Melkweg ongeveer zo groot zijn als de aangrenzende Verenigde Staten . Er is een ringachtige gloeidraad van sterren die boven en onder het relatief platte galactische vlak kabbelt, zich rond de Melkweg wikkelt met een diameter van 150.000-180.000 lichtjaar (46-55 kpc), die mogelijk deel uitmaakt van de Melkweg zelf .

Een schematisch profiel van de Melkweg.
Afkortingen: BNP/SAP: Galactische Noord- en Zuidpool

De Melkweg is ongeveer 890 miljard tot 1,54 biljoen keer de massa van de zon in totaal (8,9 × 1011 tot 1,54 × 1012 zonsmassa's), hoewel sterren en planeten hier slechts een klein deel van uitmaken. Schattingen van de massa van de Melkweg variëren, afhankelijk van de gebruikte methode en gegevens. De onderkant van het schattingsbereik is 5,8 × 1011 zonsmassa's ( M ), iets minder dan die van de Andromedanevel . Metingen met behulp van de Very Long Baseline Array in 2009 vonden snelheden tot wel 254 km/s (570.000 mph) voor sterren aan de buitenrand van de Melkweg. Omdat de baansnelheid afhangt van de totale massa binnen de baanstraal, suggereert dit dat de Melkweg massiever is, ongeveer gelijk aan de massa van Andromeda Galaxy op 7 × 1011 M binnen 160.000 ly (49 kpc) van het centrum. In 2010 ontdekte een meting van de radiale snelheid van halosterren dat de massa ingesloten binnen 80 kilo parsec 7 × 1011 M . _ Volgens een in 2014 gepubliceerde studie wordt de massa van de hele Melkweg geschat op 8,5 × 1011 M , maar dit is slechts de helft van de massa van de Andromeda Galaxy. Een recente schatting van de massa voor de Melkweg is 1,29 × 1012 M☉ . _

Een groot deel van de massa van de Melkweg lijkt donkere materie te zijn, een onbekende en onzichtbare vorm van materie die door zwaartekracht in wisselwerking staat met gewone materie. Er wordt aangenomen dat een halo van donkere materie zich relatief uniform verspreidt tot op een afstand van meer dan honderd kiloparsec (kpc) vanaf het Galactische Centrum. Wiskundige modellen van de Melkweg suggereren dat de massa van donkere materie 1-1,5 × 10 . is12 M☉ . _ Recente onderzoeken wijzen op een bereik in massa, zo groot als 4,5 × 1012 M en zo klein als 8 × 1011 M . _ Ter vergelijking: de totale massa van alle sterren in de Melkweg wordt geschat op 4,6 × 1010 M☉ en 6,43 × 1010 M☉ . _ Naast de sterren is er ook interstellair gas, bestaande uit 90% waterstof en 10% helium in massa, waarbij tweederde van de waterstof wordt aangetroffen in de atomaire vorm en het resterende een derde als moleculaire waterstof . De massa van het interstellaire gas van de Melkweg is gelijk aan tussen 10% en 15% van de totale massa van zijn sterren. Interstellair stof is goed voor nog eens 1% van de totale massa van het gas.

In maart 2019 rapporteerden astronomen dat de massa van het Melkwegstelsel 1,5 biljoen zonsmassa's is binnen een straal van ongeveer 129.000 lichtjaar, meer dan twee keer zoveel als werd vastgesteld in eerdere studies, en suggereerde dat ongeveer 90% van de massa van de melkweg is donkere materie .

Inhoud

360-graden panorama van de Melkweg (een samengesteld mozaïek van foto's) door ESO, het galactische centrum bevindt zich in het midden van het zicht, met het galactische noorden boven
360-graden weergave van de Melkweg met behulp van Gaia EDR3 -gegevens die interstellair gas, stof met achtergrondverlichting door sterren laten zien (hoofdvlekken gelabeld in zwart; witte labels zijn hoofdheldere vlekken van sterren ). De linkerhersenhelft is gericht naar het galactische centrum, de rechterhersenhelft is gericht naar het galactische anticentrum.

De Melkweg bevat tussen de 100 en 400 miljard sterren en minstens zoveel planeten. Een exact cijfer zou afhangen van het tellen van het aantal sterren met een zeer lage massa, die moeilijk te detecteren zijn, vooral op afstanden van meer dan 300 ly (90 pct) van de zon. Ter vergelijking: het naburige Andromedastelsel bevat naar schatting een biljoen (10 12 ) sterren. De Melkweg kan tien miljard witte dwergen, een miljard neutronensterren en honderd miljoen stellaire zwarte gaten bevatten . De ruimte tussen de sterren wordt gevuld met een schijf van gas en stof die het interstellaire medium wordt genoemd . De straal van deze schijf is op zijn minst vergelijkbaar met die van de sterren, terwijl de dikte van de gaslaag varieert van honderden lichtjaren voor het koudere gas tot duizenden lichtjaren voor warmer gas.

De schijf van sterren in de Melkweg heeft geen scherpe rand waarachter zich geen sterren bevinden. Integendeel, de concentratie van sterren neemt af met de afstand tot het centrum van de Melkweg. Om onbekende redenen daalt het aantal sterren per kubieke parsec veel sneller met een straal buiten een straal van ongeveer 40.000 lichtjaar (13 kpc) vanaf het centrum . Rondom de galactische schijf bevindt zich een bolvormige Galactische Halo van sterren en bolvormige sterrenhopen die zich verder naar buiten uitstrekt, maar in omvang wordt beperkt door de banen van twee Melkweg-satellieten, de Grote en Kleine Magelhaense Wolken, waarvan de dichtste nadering tot het Galactische Centrum ongeveer 180.000 is ly (55 kpc). Op deze afstand of verder zouden de banen van de meeste halo-objecten worden verstoord door de Magelhaense Wolken. Daarom zouden dergelijke objecten waarschijnlijk uit de buurt van de Melkweg worden weggeslingerd. De geïntegreerde absolute visuele magnitude van de Melkweg wordt geschat op ongeveer -20,9.

Zowel gravitationele microlensing als planetaire transitobservaties geven aan dat er mogelijk minstens evenveel planeten aan sterren zijn gebonden als er sterren in de Melkweg zijn, en microlensmetingen geven aan dat er meer schurkenplaneten zijn die niet gebonden zijn aan sterren dan er sterren zijn. De Melkweg bevat ten minste één planeet per ster, wat resulteert in 100-400 miljard planeten, volgens een onderzoek uit januari 2013 van het vijfplanetenstelsel Kepler-32 door het Kepler - ruimteobservatorium. Een andere analyse van Kepler-gegevens uit januari 2013 schatte dat er minstens 17 miljard exoplaneten ter grootte van de aarde in de Melkweg leven. Op 4 november 2013 rapporteerden astronomen, gebaseerd op gegevens van Kepler -ruimtemissies, dat er wel 40 miljard planeten ter grootte van de aarde in een baan zouden kunnen draaien in de bewoonbare zones van zonachtige sterren en rode dwergen binnen de Melkweg. 11 miljard van deze geschatte planeten draaien mogelijk om zonachtige sterren. De dichtstbijzijnde exoplaneet bevindt zich mogelijk op 4,2 lichtjaar afstand, in een baan om de rode dwerg Proxima Centauri, volgens een onderzoek uit 2016. Dergelijke planeten ter grootte van de aarde kunnen talrijker zijn dan gasreuzen. Naast exoplaneten zijn er ook ' exocometen ', kometen buiten het zonnestelsel, ontdekt die mogelijk veel voorkomen in de Melkweg. Meer recentelijk, in november 2020, zijn er naar schatting meer dan 300 miljoen bewoonbare exoplaneten in het Melkwegstelsel.

Structuur

Overzicht van verschillende elementen van de algemene structuur van de Melkweg.
Een donkere vlek omgeven door een donutvormige oranjegele ring
Superzwaar zwart gat Sagittarius A*, in radiogolven vastgelegd door de Event Horizon Telescope . De centrale donkere vlek is de schaduw van het zwarte gat, die groter is dan de waarnemingshorizon .
Heldere röntgenflitsen van Sagittarius A* (inzet) in het centrum van de Melkweg, zoals gedetecteerd door het Chandra X-ray Observatory .
Artistieke impressie van hoe de Melkweg eruit zou zien vanuit verschillende gezichtspunten - vanaf de rand-op-zichtlijnen, de pinda-shell-vormige structuur, niet te verwarren met de centrale uitstulping van de melkweg, is duidelijk; van bovenaf gezien, lijkt de centrale smalle balk die verantwoordelijk is voor deze structuur duidelijk, net als veel spiraalarmen en de bijbehorende stofwolken

De Melkweg bestaat uit een staafvormig kerngebied omgeven door een kromgetrokken schijf van gas, stof en sterren. De massaverdeling binnen de Melkweg lijkt sterk op het type Sbc in de Hubble-classificatie, die spiraalstelsels met relatief los gewikkelde armen vertegenwoordigt. Astronomen begonnen in de jaren zestig voor het eerst te vermoeden dat de Melkweg een balkspiraalstelsel is in plaats van een gewoon spiraalstelsel . Deze vermoedens werden bevestigd door de Spitzer Space Telescope- waarnemingen in 2005, die aantoonden dat de centrale balk van de Melkweg groter was dan eerder werd aangenomen.

Galactisch Centrum

De zon is 25.000-28.000 ly (7,7-8,6 kpc) verwijderd van het Galactische Centrum. Deze waarde wordt geschat met behulp van meetkundige methoden of door het meten van geselecteerde astronomische objecten die als standaardkaarsen dienen, waarbij verschillende technieken verschillende waarden opleveren binnen dit geschatte bereik. In de binnenste paar kiloparsecs (ongeveer 10.000 lichtjaar straal) bevindt zich een dichte concentratie van voornamelijk oude sterren in een ruwweg bolvorm die de uitstulping wordt genoemd . Er is voorgesteld dat de Melkweg geen uitstulping heeft als gevolg van een botsing en samensmelting tussen eerdere sterrenstelsels, en dat het in plaats daarvan alleen een pseudobulge heeft die wordt gevormd door de centrale balk. Er is echter veel verwarring in de literatuur tussen de (pindaschelp)-vormige structuur die wordt gecreëerd door instabiliteiten in de bar, versus een mogelijke uitstulping met een verwachte halflichtstraal van 0,5 kpc.

Het Galactische Centrum wordt gemarkeerd door een intense radiobron genaamd Sagittarius A* (uitgesproken als Sagittarius A-star ). De beweging van materiaal rond het centrum geeft aan dat Boogschutter A* een massief, compact object herbergt. Deze massaconcentratie kan het best worden verklaard als een superzwaar zwart gat (SMBH) met een geschatte massa van 4,1-4,5 miljoen keer de massa van de zon . De accretiesnelheid van de SMBH komt overeen met een inactieve galactische kern, geschat op ongeveer1 × 10 −5 M per jaar. Waarnemingen geven aan dat er SMBH's zijn in de buurt van het centrum van de meeste normale sterrenstelsels.

De aard van de balk van de Melkweg wordt actief besproken, met schattingen voor de halve lengte en oriëntatie van 1 tot 5 kpc (3.000-16.000 ly) en 10-50 graden ten opzichte van de zichtlijn van de aarde naar het galactische centrum. Bepaalde auteurs pleiten ervoor dat de Melkweg twee verschillende balken heeft, de ene genesteld in de andere. Sterren van het RR Lyrae-type traceren echter geen prominente galactische balk. De balk kan omgeven zijn door een ring die de "5 kpc-ring" wordt genoemd en die een groot deel van de moleculaire waterstof in de Melkweg bevat, evenals het grootste deel van de stervormingsactiviteit van de Melkweg . Gezien vanuit de Andromeda Galaxy, zou het de helderste eigenschap van de Melkweg zijn. Röntgenstraling vanuit de kern is uitgelijnd met de massieve sterren rond de centrale balk en de Galactische rand .

Gammastraling en röntgenstraling

Sinds 1970 hebben verschillende gammastralingsdetectiemissies 511- keV - gammastralen ontdekt die uit de algemene richting van het galactische centrum komen. Deze gammastralen worden geproduceerd door positronen (anti-elektronen) die worden vernietigd met elektronen . In 2008 werd ontdekt dat de distributie van de bronnen van de gammastraling lijkt op de distributie van röntgendubbelsterren met een lage massa , wat erop lijkt te wijzen dat deze dubbelsterren van röntgenstralen positronen (en elektronen) naar de interstellaire ruimte sturen waar ze vertragen en vernietigen. De waarnemingen zijn zowel gedaan door NASA- als ESA -satellieten. In 1970 ontdekten gammastralingsdetectoren dat het emitterende gebied ongeveer 10.000 lichtjaar in doorsnede was met een helderheid van ongeveer 10.000 zonnen.

Illustratie van de twee gigantische röntgen- / gammastraalbellen (blauwviolet) van de Melkweg (midden)

In 2010 werden twee gigantische bolvormige bubbels van hoogenergetische gamma-emissie gedetecteerd in het noorden en het zuiden van de Melkwegkern, met behulp van gegevens van de Fermi Gamma-ray Space Telescope . De diameter van elk van de bellen is ongeveer 25.000 lichtjaar (7,7 kpc) (of ongeveer 1/4 van de geschatte diameter van de melkweg); ze strekken zich uit tot aan Grus en Maagd aan de nachtelijke hemel van het zuidelijk halfrond. Vervolgens identificeerden waarnemingen met de Parkes-telescoop op radiofrequenties gepolariseerde emissie die wordt geassocieerd met de Fermi-bellen. Deze waarnemingen kunnen het best worden geïnterpreteerd als een gemagnetiseerde uitstroom die wordt aangedreven door stervorming in de centrale 640 ly (200 pct.) van de Melkweg.

Later, op 5 januari 2015, meldde NASA dat ze een 400 keer helderdere röntgenstraling dan normaal had waargenomen, een recordbreker, van Sagittarius A*. De ongebruikelijke gebeurtenis kan zijn veroorzaakt door het uiteenvallen van een asteroïde die in het zwarte gat valt of door de verstrengeling van magnetische veldlijnen in gas dat in Sagittarius A* stroomt.

Spiraalarmen

Buiten de zwaartekrachtsinvloed van de Galactische balk is de structuur van het interstellaire medium en de sterren in de schijf van de Melkweg georganiseerd in vier spiraalarmen. Spiraalarmen bevatten doorgaans een hogere dichtheid van interstellair gas en stof dan het Galactische gemiddelde, evenals een grotere concentratie van stervorming, zoals blijkt uit H II-gebieden en moleculaire wolken .

De spiraalstructuur van de Melkweg is onzeker en er is momenteel geen consensus over de aard van de armen van de Melkweg. Perfect logaritmische spiraalpatronen beschrijven alleen ruwweg kenmerken nabij de zon, omdat sterrenstelsels gewoonlijk armen hebben die vertakken, samenvloeien, onverwacht draaien en een zekere mate van onregelmatigheid vertonen. Het mogelijke scenario van de zon in een uitloper / lokale arm benadrukt dat punt en geeft aan dat dergelijke kenmerken waarschijnlijk niet uniek zijn en elders in de Melkweg voorkomen. Schattingen van de hellingshoek van de armen lopen uiteen van ongeveer 7° tot 25°. Er wordt gedacht dat er vier spiraalarmen zijn die allemaal beginnen in de buurt van het centrum van de Melkweg. Deze worden als volgt genoemd, met de posities van de armen weergegeven in de onderstaande afbeelding:

Waargenomen (normale lijnen) en geëxtrapoleerde (stippellijnen) structuur van de spiraalarmen van de Melkweg, gezien vanuit het noorden van de melkweg - de melkweg draait in deze weergave met de klok mee. De grijze lijnen die uitstralen vanuit de positie van de zon (middenboven) geven de drieletterige afkortingen van de corresponderende sterrenbeelden weer
Kleur arm(en)
turkoois In de buurt van 3 kpc Arm en Perseus Arm
blauw Norma en buitenste arm (samen met extensie ontdekt in 2004)
groente Scutum-Centaurus Arm
rood Carina-Boogschutter Arm
Er zijn ten minste twee kleinere armen of sporen, waaronder:
oranje Orion-Cygnus Arm (die de zon en het zonnestelsel bevat)
Spitzer onthult wat niet zichtbaar is in zichtbaar licht: koelere sterren (blauw), verhit stof (roodachtige tint) en Sgr A* als een heldere witte vlek in het midden.
Artistieke opvatting van de spiraalstructuur van de Melkweg met twee grote stellaire armen en een balk.

Twee spiraalarmen, de Scutum-Centaurus-arm en de Carina-Sagittarius-arm, hebben raakpunten binnen de baan van de zon rond het centrum van de Melkweg. Als deze armen een overdichtheid van sterren bevatten in vergelijking met de gemiddelde dichtheid van sterren in de Galactische schijf, zou dit kunnen worden gedetecteerd door de sterren nabij het raakpunt te tellen. Twee onderzoeken van nabij-infrarood licht, dat voornamelijk gevoelig is voor rode reuzen en niet wordt beïnvloed door het uitsterven van stof, detecteerden de voorspelde overvloed in de Scutum-Centaurus-arm, maar niet in de Carina-Sagittarius-arm: de Scutum-Centaurus-arm bevat ongeveer 30% meer rode reuzen dan je zou verwachten bij afwezigheid van een spiraalarm. Deze waarneming suggereert dat de Melkweg slechts twee grote stellaire armen bezit: de Perseus-arm en de Scutum-Centaurus-arm. De rest van de armen bevatten overtollig gas, maar geen overtollige oude sterren. In december 2013 ontdekten astronomen dat de verdeling van jonge sterren en stervormingsgebieden overeenkomt met de vierarmige spiraalbeschrijving van de Melkweg. De Melkweg lijkt dus twee spiraalarmen te hebben zoals gevolgd door oude sterren en vier spiraalarmen zoals getraceerd door gas en jonge sterren. De verklaring voor deze schijnbare discrepantie is onduidelijk.

Door WISE gedetecteerde clusters werden gebruikt om de spiraalarmen van de Melkweg te volgen.

De Near 3 kpc Arm (ook wel de Expanding 3 kpc Arm of simpelweg de 3 kpc Arm genoemd ) werd in de jaren vijftig ontdekt door astronoom van Woerden en medewerkers door middel van 21 centimeter radiometingen van H I ( atomaire waterstof ). Het bleek zich met een snelheid van meer dan 50 km/s uit de buurt van de centrale uitstulping te vergroten . Het bevindt zich in het vierde galactische kwadrant op een afstand van ongeveer 5,2 kpc van de zon en 3,3 kpc van het galactische centrum . De Far 3 kpc Arm werd in 2008 ontdekt door astronoom Tom Dame (Harvard-Smithsonian CfA). Het bevindt zich in het eerste galactische kwadrant op een afstand van 3 kpc (ongeveer 10.000 ly ) van het galactische centrum.

Een in 2011 gepubliceerde simulatie suggereerde dat de Melkweg zijn spiraalarmstructuur mogelijk heeft verkregen als gevolg van herhaalde botsingen met het Boogschutter-dwergelliptische sterrenstelsel .

Er is gesuggereerd dat de Melkweg twee verschillende spiraalpatronen bevat: een binnenste, gevormd door de Boogschutterarm, die snel roteert en een buitenste, gevormd door de Carina- en Perseus-armen, waarvan de rotatiesnelheid lager is en waarvan de armen stevig vastzitten. wond. In dit scenario, gesuggereerd door numerieke simulaties van de dynamiek van de verschillende spiraalarmen, zou het buitenste patroon een buitenste pseudoring vormen en zouden de twee patronen verbonden zijn door de Cygnus-arm.

De lange draadvormige moleculaire wolk genaamd "Nessie" vormt waarschijnlijk een dichte "ruggengraat" van de Scutum-Centarus Arm

Buiten de grote spiraalarmen bevindt zich de Monoceros-ring (of buitenste ring), een ring van gas en sterren die miljarden jaren geleden uit andere sterrenstelsels is gescheurd. Verschillende leden van de wetenschappelijke gemeenschap hebben onlangs echter hun standpunt herhaald en bevestigden dat de Monoceros-structuur niets meer is dan een overdichtheid die wordt geproduceerd door de uitlopende en kromgetrokken dikke schijf van de Melkweg. De structuur van de schijf van de Melkweg is kromgetrokken langs een "S"-curve .

Halo

De Galactische schijf is omgeven door een bolvormige halo van oude sterren en bolvormige sterrenhopen, waarvan 90% binnen 100.000 lichtjaar (30 kpc) van het Galactische Centrum ligt. Er zijn echter enkele bolvormige sterrenhopen verder gevonden, zoals PAL 4 en AM 1 op meer dan 200.000 lichtjaar van het Galactische Centrum. Ongeveer 40% van de clusters van de Melkweg bevinden zich in retrograde banen, wat betekent dat ze in de tegenovergestelde richting van de rotatie van de Melkweg bewegen. De bolhopen kunnen rozetbanen om de Melkweg volgen, in tegenstelling tot de elliptische baan van een planeet rond een ster.

Hoewel de schijf stof bevat dat het zicht op sommige golflengten belemmert, doet de halo-component dat niet. Actieve stervorming vindt plaats in de schijf (vooral in de spiraalarmen, die gebieden met een hoge dichtheid vertegenwoordigen), maar vindt niet plaats in de halo, omdat er weinig koel gas is om tot sterren in te storten. Open clusters bevinden zich ook voornamelijk op de schijf.

Ontdekkingen in het begin van de 21e eeuw hebben een dimensie toegevoegd aan de kennis van de structuur van de Melkweg. Met de ontdekking dat de schijf van de Andromeda Galaxy (M31) zich veel verder uitstrekt dan eerder werd gedacht, is de mogelijkheid duidelijk dat de schijf van de Melkweg zich verder uitstrekt, en dit wordt ondersteund door bew van de ontdekking van de buitenste armverlenging van de Cygnus Arm en een soortgelijke uitbreiding van de Scutum-Centaurus Arm . Met de ontdekking van de Boogschutter Dwerg Elliptische Melkweg kwam de ontdekking van een lint van galactisch puin terwijl de polaire baan van de dwerg en zijn interactie met de Melkweg het uit elkaar scheurt. Evenzo werd met de ontdekking van het Canis Major Dwarf Galaxy ontdekt dat een ring van galactisch puin van zijn interactie met de Melkweg de Galactische schijf omcirkelt.

De Sloan Digital Sky Survey van de noordelijke hemel toont een enorme en diffuse structuur (verspreid over een gebied van ongeveer 5.000 keer de grootte van een volle maan) binnen de Melkweg die niet lijkt te passen binnen de huidige modellen. De verzameling sterren stijgt bijna loodrecht op het vlak van de spiraalarmen van de Melkweg. De voorgestelde waarschijnlijke interpretatie is dat een dwergstelsel samensmelt met de Melkweg. Dit sterrenstelsel wordt voorlopig de Virgo Stellar Stream genoemd en wordt gevonden in de richting van Maagd op ongeveer 30.000 lichtjaar (9 kpc) afstand.

gasvormige halo

Naast de stellaire halo hebben het Chandra X-ray Observatory, XMM-Newton en Suzaku bew geleverd dat er een gasvormige halo is met een grote hoeveelheid heet gas. De halo strekt zich uit over honderdduizenden lichtjaren, veel verder dan de stellaire halo en dicht bij de afstand van de Grote en Kleine Magelhaense Wolken . De massa van deze hete halo is bijna gelijk aan de massa van de Melkweg zelf. De temperatuur van dit halogas ligt tussen 1 en 2,5 miljoen K (1,8 en 4,5 miljoen ° F).

Waarnemingen van verre sterrenstelsels geven aan dat het heelal toen het slechts een paar miljard jaar oud was, ongeveer een zesde zo veel baryonische (gewone) materie had als donkere materie. Echter, slechts ongeveer de helft van die baryonen wordt in het moderne heelal verklaard op basis van waarnemingen van nabijgelegen sterrenstelsels zoals de Melkweg. Als de bevinding dat de massa van de halo vergelijkbaar is met de massa van de Melkweg wordt bevestigd, zou dit de identiteit kunnen zijn van de ontbrekende baryonen rond de Melkweg.

Galactische rotatie

Melkwegrotatiecurve voor de Melkweg - verticale as is de rotatiesnelheid rond het galactische centrum; horizontale as is afstand van het galactische centrum in kpcs; de zon is gemarkeerd met een gele bal; de waargenomen rotatiesnelheid is blauw; de voorspelde curve op basis van stellaire massa en gas in de Melkweg is rood; spreiding in waarnemingen ruwweg aangegeven door grijze balken, het verschil is te wijten aan donkere materie

De sterren en het gas in de Melkweg roteren differentieel om hun centrum, wat betekent dat de rotatieperiode varieert met de locatie. Zoals typisch is voor spiraalstelsels, hangt de baansnelheid van de meeste sterren in de Melkweg niet sterk af van hun afstand tot het centrum. Buiten de centrale uitstulping of buitenrand ligt de typische omloopsnelheid van de sterren tussen 210 ± 10 km/s (470.000 ± 22.000 mph). Daarom is de omlooptijd van de typische ster alleen recht evenredig met de lengte van het afgelegde pad. Dit is anders dan de situatie in het zonnestelsel, waar de dynamiek van de zwaartekracht van twee lichamen domineert en verschillende banen significant verschillende snelheden hebben. De rotatiecurve (weergegeven in de afbeelding) beschrijft deze rotatie. Richting het centrum van de Melkweg zijn de baansnelheden te laag, terwijl de snelheden boven de 7 kpcs te hoog zijn om overeen te komen met wat zou worden verwacht van de universele wet van de zwaartekracht.

Als de Melkweg alleen de massa zou bevatten die wordt waargenomen in sterren, gas en andere baryonische (gewone) materie, zou de rotatiesnelheid afnemen met de afstand tot het centrum. De waargenomen curve is echter relatief vlak, wat aangeeft dat er extra massa is die niet direct met elektromagnetische straling kan worden gedetecteerd. Deze inconsistentie wordt toegeschreven aan donkere materie. De rotatiecurve van de Melkweg komt overeen met de universele rotatiecurve van spiraalstelsels, het beste bew voor het bestaan ​​van donkere materie in sterrenstelsels. Als alternatief stelt een minderheid van astronomen voor dat een wijziging van de wet van de zwaartekracht de waargenomen rotatiecurve kan verklaren.

Vorming

Geschiedenis

De Melkweg begon kort na de oerknal als een of meer kleine overdensiteiten in de massaverdeling in het heelal . Sommige van deze overdensiteiten waren de zaden van bolvormige sterrenhopen waarin de oudste overgebleven sterren in wat nu de Melkweg is, zijn gevormd. Bijna de helft van de materie in de Melkweg kan afkomstig zijn van andere verre sterrenstelsels. Niettemin vormen deze sterren en clusters nu de stellaire halo van de Melkweg. Binnen een paar miljard jaar na de geboorte van de eerste sterren was de massa van de Melkweg groot genoeg om relatief snel rond te draaien. Vanwege het behoud van het impulsmoment leidde dit ertoe dat het gasvormige interstellaire medium instortte van een ongeveer bolvormige vorm tot een schijf. Daarom vormden zich latere generaties sterren in deze spiraalschijf. De meeste jongere sterren, waaronder de zon, bevinden zich in de schijf.

Sinds de eerste sterren zich begonnen te vormen, is de Melkweg gegroeid door zowel het samensmelten van sterrenstelsels (vooral in het begin van de groei van de Melkweg) als door de aanwas van gas rechtstreeks uit de Galactische halo. De Melkweg verzamelt momenteel materiaal van verschillende kleine sterrenstelsels, waaronder twee van zijn grootste satellietstelsels, de Grote en Kleine Magelhaense Wolken, via de Magelhaense Stroom . Directe aanwas van gas wordt waargenomen in hogesnelheidswolken zoals de Smith Cloud . Kosmologische simulaties geven aan dat het 11 miljard jaar geleden is versmolten met een bijzonder groot sterrenstelsel dat de Kraken wordt genoemd . Eigenschappen van de Melkweg, zoals stellaire massa, impulsmoment en metalliciteit in de ultraperifere gebieden, suggereren echter dat het in de afgelopen 10 miljard jaar geen fusies met grote sterrenstelsels heeft ondergaan. Dit gebrek aan recente grote fusies is ongebruikelijk bij soortgelijke spiraalstelsels; zijn buur, de Andromedanevel, lijkt een meer typische geschiedenis te hebben die wordt gevormd door recentere fusies met relatief grote melkwegstelsels.

Volgens recente studies liggen zowel de Melkweg als de Andromeda-melkweg in wat in het kleur-magnitude-diagram van de melkweg bekend staat als de "groene vallei", een gebied dat wordt bevolkt door melkwegstelsels in overgang van de "blauwe wolk" (sterrenstelsels die actief worden gevormd nieuwe sterren) naar de "rode reeks" (sterrenstelsels die geen stervorming hebben). De stervormingsactiviteit in melkwegstelsels in groene valleien neemt af omdat ze geen stervormend gas meer hebben in het interstellaire medium. In gesimuleerde sterrenstelsels met vergelijkbare eigenschappen zal de stervorming doorgaans binnen ongeveer vijf miljard jaar zijn uitgedoofd, zelfs als rekening wordt gehouden met de verwachte kortetermijntoename van de stervormingssnelheid als gevolg van de botsing tussen zowel de Melkweg als de Andromeda Heelal. In feite suggereren metingen van andere sterrenstelsels die vergelijkbaar zijn met de Melkweg, dat het een van de roodste en helderste spiraalstelsels is die nog steeds nieuwe sterren vormen en dat het net iets blauwer is dan de blauwste sterrenstelsels met een rode reeks.

Leeftijd en kosmologische geschiedenis

Vergelijking van de nachtelijke hemel met de nachtelijke hemel van een hypothetische planeet binnen de Melkweg 10 miljard jaar geleden, op een leeftijd van ongeveer 3,6 miljard jaar en 5 miljard jaar voordat de zon werd gevormd.

Bolvormige sterrenhopen behoren tot de oudste objecten in de Melkweg en stellen daarmee een ondergrens aan de leeftijd van de Melkweg. De leeftijd van individuele sterren in de Melkweg kan worden geschat door de overvloed aan langlevende radioactieve elementen zoals thorium-232 en uranium-238 te meten en de resultaten vervolgens te vergelijken met schattingen van hun oorspronkelijke overvloed, een techniek die nucleocosmochronologie wordt genoemd . Deze leveren waarden op van ongeveer 12,5 ± 3 miljard jaar voor CS 31082-001 en 13,8 ± 4 miljard jaar voor BD +17° 3248 . Zodra een witte dwerg is gevormd, begint deze stralingskoeling te ondergaan en daalt de oppervlaktetemperatuur gestaag. Door de temperaturen van de koelste van deze witte dwergen te meten en deze te vergelijken met hun verwachte begintemperatuur, kan een leeftijdsschatting worden gemaakt. Met deze techniek werd de leeftijd van de bolhoop M4 geschat op 12,7 ± 0,7 miljard jaar . Leeftijdsschattingen van de oudste van deze clusters geven een best passende schatting van 12,6 miljard jaar en een bovengrens van 95% betrouwbaarheid van 16 miljard jaar.

In november 2018 rapporteerden astronomen de ontdekking van een van de oudste sterren in het heelal . De ongeveer 13,5 miljard jaar oude 2MASS J18082002-5104378 B is een kleine ultra-metaalarme (UMP) ster die bijna volledig is gemaakt van materiaal dat vrijkomt bij de oerknal, en is mogelijk een van de eerste sterren. De ontdekking van de ster in het Melkwegstelsel suggereert dat het sterrenstelsel minstens 3 miljard jaar ouder kan zijn dan eerder werd gedacht.

Er zijn verschillende individuele sterren gevonden in de halo van de Melkweg met gemeten leeftijden die zeer dicht bij de leeftijd van 13,80 miljard jaar van het heelal liggen . In 2007 werd een ster in de galactische halo, HE 1523-0901, geschat op ongeveer 13,2 miljard jaar oud. Als het oudst bekende object in de Melkweg op dat moment, plaatste deze meting een ondergrens voor de leeftijd van de Melkweg. Deze schatting is gemaakt met behulp van de UV-Visual Echelle Spectrograph van de Very Large Telescope om de relatieve sterkte van spectraallijnen te meten die worden veroorzaakt door de aanwezigheid van thorium en andere elementen die door het R-proces zijn gecreëerd . De lijnsterkten leveren abundanties van verschillende elementaire isotopen op, waaruit een schatting van de leeftijd van de ster kan worden afgeleid met behulp van nucleocosmochronologie . Een andere ster, HD 140283, is 14,5 ± 0,7 miljard jaar oud.

Volgens waarnemingen die adaptieve optica gebruiken om de atmosferische vervorming van de aarde te corrigeren, dateren sterren in de uitstulping van de melkweg tot ongeveer 12,8 miljard jaar oud.

De leeftijd van sterren in de galactische dunne schijf is ook geschat met behulp van nucleocosmochronologie. Metingen van dunne schijfsterren leveren een schatting op dat de dunne schijf 8,8 ± 1,7 miljard jaar geleden is gevormd. Deze metingen suggereren dat er een hiaat was van bijna 5 miljard jaar tussen de vorming van de galactische halo en de dunne schijf. Recente analyse van de chemische handtekeningen van duizenden sterren suggereert dat de stervorming met een orde van grootte zou kunnen zijn afgenomen ten tijde van de schijfvorming, 10 tot 8 miljard jaar geleden, toen interstellair gas te heet was om met dezelfde snelheid nieuwe sterren te vormen zoals eerder.

De satellietstelsels rondom de Melkweg zijn niet willekeurig verdeeld, maar lijken het resultaat te zijn van het uiteenvallen van een groter systeem dat een ringstructuur heeft gevormd met een diameter van 500.000 lichtjaar en een breedte van 50.000 lichtjaar. Nauwe ontmoetingen tussen sterrenstelsels, zoals verwacht over 4 miljard jaar met de Andromeda Galaxy, scheuren enorme gasstaarten af, die na verloop van tijd kunnen samensmelten tot dwergstelsels in een ring onder een willekeurige hoek met de hoofdschijf.

Intergalactische buurt

Diagram van de sterrenstelsels in de Lokale Groep ten opzichte van de Melkweg
De positie van de Lokale Groep binnen de Laniakea Supercluster

De Melkweg en de Andromeda Galaxy zijn een binair systeem van gigantische spiraalstelsels die behoren tot een groep van 50 nauw verbonden sterrenstelsels die bekend staat als de Lokale Groep, omgeven door een Lokale Leegte, die zelf deel uitmaakt van de Lokale Blad en op zijn beurt de Maagd Supercluster . Rondom de Virgo Supercluster bevinden zich een aantal holtes, verstoken van vele sterrenstelsels, de Microscopium Void naar het "noorden", de Sculptor Void naar "links", de Bootes Void naar "rechts" en de Canes-Major Void naar de " zuiden". Deze holtes veranderen in de loop van de tijd van vorm, waardoor filamenteuze structuren van sterrenstelsels ontstaan. De Maagd Supercluster, bijvoorbeeld, wordt aangetrokken door de Grote Aantrekker, die op zijn beurt deel uitmaakt van een grotere structuur, Laniakea genaamd .

Twee kleinere sterrenstelsels en een aantal dwergstelsels in de Lokale Groep draaien om de Melkweg. De grootste hiervan is de Grote Magelhaense Wolk met een diameter van 14.000 lichtjaar. Het heeft een naaste metgezel, de Kleine Magelhaense Wolk . De Magelhaense Stroom is een stroom van neutraal waterstofgas die zich vanuit deze twee kleine sterrenstelsels over 100° van de hemel uitstrekt. Men denkt dat de stroom uit de Magelhaense Wolken is meegesleurd in getijdeninteracties met de Melkweg. Enkele van de dwergstelsels die om de Melkweg draaien zijn Canis Major Dwarf (de dichtstbijzijnde), Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy, Ursa Minor Dwarf, Sculptor Dwarf, Sextans Dwarf, Fornax Dwarf en Leo I Dwarf . De kleinste dwergsterrenstelsels van de Melkweg hebben een diameter van slechts 500 lichtjaar. Deze omvatten Carina Dwarf, Draco Dwarf en Leo II Dwarf . Mogelijk zijn er nog steeds niet-gedetecteerde dwergstelsels die dynamisch aan de Melkweg zijn gebonden, wat wordt ondersteund door de detectie van negen nieuwe satellieten van de Melkweg in een relatief klein stukje nachtelijke hemel in 2015. Er zijn ook enkele dwergstelsels die al opgenomen door de Melkweg, zoals de stamvader van Omega Centauri .

In 2014 rapporteerden onderzoekers dat de meeste satellietstelsels van de Melkweg in een zeer grote schijf liggen en in dezelfde richting draaien. Dit kwam als een verrassing: volgens de standaardkosmologie zouden de satellietstelsels zich moeten vormen in halo's van donkere materie, en ze zouden wijd verspreid moeten zijn en in willekeurige richtingen moeten bewegen. Deze discrepantie is nog steeds niet volledig verklaard.

In januari 2006 rapporteerden onderzoekers dat de tot nu toe onverklaarde schering in de schijf van de Melkweg nu in kaart is gebracht en een rimpeling of trilling blijkt te zijn die wordt veroorzaakt door de Grote en Kleine Magelhaense Wolken terwijl ze om de Melkweg draaien, en trillingen veroorzaakt wanneer ze door zijn randen gaan. Voorheen werden deze twee sterrenstelsels, met ongeveer 2% van de massa van de Melkweg, als te klein beschouwd om de Melkweg te beïnvloeden. In een computermodel creëert de beweging van deze twee sterrenstelsels echter een kielzog van donkere materie dat hun invloed op de grotere Melkweg versterkt.

Huidige metingen suggereren dat de Andromeda Galaxy ons nadert met een snelheid van 100 tot 140 km/s (220.000 tot 310.000 mph). Over 3 tot 4 miljard jaar kan er een botsing tussen Andromeda en Melkweg plaatsvinden, afhankelijk van het belang van onbekende laterale componenten voor de relatieve beweging van de sterrenstelsels. Als ze botsen, is de kans dat afzonderlijke sterren met elkaar botsen extreem klein, maar in plaats daarvan zullen de twee sterrenstelsels in de loop van ongeveer een miljard jaar samensmelten tot een enkel elliptisch sterrenstelsel of misschien een groot schijfstelsel .

Snelheid

Hoewel de speciale relativiteitstheorie stelt dat er geen "geprefereerd" traagheidsreferentiekader in de ruimte is om de Melkweg mee te vergelijken, heeft de Melkweg wel een snelheid ten opzichte van kosmologische referentiekaders .

Een voorbeeld van zo'n referentiekader is de Hubble-stroom, de schijnbare bewegingen van clusters van sterrenstelsels als gevolg van de uitdijing van de ruimte . Individuele sterrenstelsels, waaronder de Melkweg, hebben eigenaardige snelheden ten opzichte van de gemiddelde stroom. Dus, om de Melkweg te vergelijken met de Hubble-stroom, moet men een volume overwegen dat groot genoeg is zodat de uitdijing van het heelal domineert over lokale, willekeurige bewegingen. Een voldoende groot volume betekent dat de gemiddelde beweging van sterrenstelsels binnen dit volume gelijk is aan de Hubble-stroom. Astronomen geloven dat de Melkweg met ongeveer 630 km/s (1.400.000 mph) beweegt ten opzichte van dit lokale meebewegende referentiekader. De Melkweg beweegt in de algemene richting van de Grote Aantrekker en andere clusters van melkwegstelsels, waaronder de Shapley-supercluster, erachter. De Lokale Groep (een cluster van door zwaartekracht gebonden sterrenstelsels die onder andere de Melkweg en het Andromedastelsel bevatten) maakt deel uit van een supercluster genaamd de Lokale Supercluster, gecentreerd nabij de Maagd Cluster : hoewel ze op 967 km van elkaar weg bewegen /s (2.160.000 mph) als onderdeel van de Hubble-stroom, is deze snelheid minder dan zou worden verwacht gezien de afstand van 16,8 miljoen pc's als gevolg van de aantrekkingskracht tussen de Lokale Groep en de Maagd Cluster.

Een ander referentiekader wordt geleverd door de kosmische microgolfachtergrond (CMB). De Melkweg beweegt met 552 ± 6 km/s (1.235.000 ± 13.000 mph) ten opzichte van de fotonen van de CMB, richting 10,5 rechte klimming, −24° declinatie ( J2000- tijdperk, nabij het centrum van Hydra ). Deze beweging wordt waargenomen door satellieten zoals de Cosmic Background Explorer (COBE) en de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) als een dipoolbijdrage aan de CMB, aangezien fotonen in evenwicht in het CMB-frame blauw worden verschoven in de richting van de beweging en rood verschoven in de tegenovergestelde richting.

Zie ook

Opmerkingen:

Referenties

Verder lezen

Externe links