gov-civil-vilareal.ptHoe groot is de Melkweg?
>We leven in het Melkwegstelsel en dat is een probleem.
Voor wetenschappers, dat wil zeggen, die willen begrijpen hoe groot onze melkweg is. Dat is moeilijk te beantwoorden! Omdat we er bijvoorbeeld in zitten, wordt veel ervan aan het zicht onttrokken door ondoorzichtige stofwolken. Het kan ook moeilijk zijn om grip te krijgen op de omvang en vorm van een object waarin je je bevindt. Als je in een kamer in een huis bent, hoe kun je dan zien hoe groot het huis is?
Gelukkig geeft de natuur aanwijzingen. We zien een vage band van licht aan de hemel, en noem het de Melkweg - het is eigenlijk het gecombineerde licht van miljarden verre sterren. Het is een dikke lijn, en dat vertelt ons dat een groot deel van de melkweg plat is: we zitten in een dikke schijf van sterren, dus we zien het geprojecteerd als een lichtstroom door de lucht.
We kunnen ook een uitstulping van sterren in het midden zien, wat echt is. Spiraalarmen in de schijf zijn moeilijker te detecteren, maar radio-observaties laten ze duidelijk zien en stellen ons in staat om de vorm en structuur van de melkweg duidelijk naar de andere kant in kaart te brengen. Door te kijken naar sterren die op een voorspelbare manier van helderheid veranderen, kunnen we de vorm en omvang van de schijf meten, en ontdekken dat deze krom is (zoals de rand van een fedora) en maar liefst 120.000 lichtjaar in doorsnee - 120 biljard kilometer!
De kromming van de Melkweg is duidelijk wanneer de locaties van de Cepheïde-sterren in kaart worden gebracht tegen een kaart van de melkweg die van opzij wordt gezien. Het affakkelen (verdikking van de schijf met afstand tot het midden) is ook duidelijk. Credit: J. Skowron / OGLE / Astronomisch Observatorium, Universiteit van Warschau
We weten ook dat sterrenstelsels zoals de onze omgeven zijn door een enorme halo van sterren en donkere materie. Dat laatste is samengesteld uit we-weet-niet-wat , waarschijnlijk een exotische vorm van subatomaire deeltjes, die via de zwaartekracht invloed uitoefent op de melkweg. In massa overtreft het wat we 'normale' materie noemen (hoewel, als je erover nadenkt, als er meer donkere materie is, dat zou moeten zijn wat we normaal noemen), waarschijnlijk met een factor vijf of meer.
Maar hoe groot is deze halo? Het is verreweg de grootste structuur in onze melkweg en definieert aantoonbaar hoe groot de Melkweg werkelijk is, maar het is buitengewoon zwak of onzichtbaar voor onze ogen, dus het is moeilijk om de grootte ervan te krijgen.
De structuur van de Melkweg: een afgeplatte schijf met spiraalarmen (met de voorkant naar voren, links en naar de zijkant, rechts), met een centrale uitstulping, een halo en meer dan 150 bolvormige sterrenhopen. De locatie van de zon ongeveer halverwege wordt aangegeven. Credit: Links: NASA/JPL-Caltech; rechts: ESA; lay-out: ESA/ATG medialab
Een team van astronomen heeft dit probleem onlangs aangepakt . Ze gebruikten computermodellen van hoe sterrenstelsels zich vormen en evolueren om te zien of de halo van een sterrenstelsel zoals de Melkweg een natuurlijk randje heeft, iets waar je een teken kunt plaatsen en zeggen: 'Hier is waar het sterrenstelsel eindigt.' Het is niet zo eenvoudig - halo's vervagen meestal geleidelijk in plaats van tot stilstand te komen - maar met behulp van zowel deze modellen als observaties van kleinere sterrenstelsels om ons heen, ontdekken ze dat de halo van de Melkweg zich uitstrekt tot 950.000 lichtjaar van het centrum, wat betekent onze melkweg is twee keer zo groot: 1,9 miljoen lichtjaar.
Een waarschuwing echter; de onzekerheid hierover is ongeveer ±200.000 lichtjaar. Het is niet precies. Maar zoals ik hierboven al zei, meten ze niet echt een voorsprong.
Ook de manier waarop dit gebeurde was interessant. In de begintijd van het heelal werden sterrenstelsels gevormd uit wolken van gas en donkere materie. Meestal was dit spul allemaal verspreid, maar er waren lokale plaatsen met een hogere dichtheid, dus materiaal zou daar (letterlijk) naartoe trekken. Als er eenmaal een kern van materiaal was gevormd, zouden dingen van verder naar buiten vallen, en dan dingen verder naar buiten, enzovoort. Het is een inside-out proces.
De halo zou zich uit materiaal vrij ver weg vormen. Het zou in de richting van de ontluikende melkweg vallen, en een groot deel ervan zou weer terugzwaaien. Dit vormt twee soort randjes aan de halo. De ene wordt de 'splashback'-rand genoemd, waar dingen uit de halo naar binnen zouden vallen en er dan weer uit zouden komen; waar het vertraagd tot stilstand definieert die regio. Materie stapelt zich daar op omdat het langzaam beweegt, en net daarbuiten krijg je een grote afname in dichtheid.
Een andere rand bevindt zich dichter bij het midden en wordt de '2nd caustic' genoemd. Dit is waar materiaal een paar keer rond de melkweg is gevallen en een beetje is neergedaald (wat astronoom noemt 'gevirialiseerd' materiaal ). De wetenschappers in dit nieuwe werk gebruikten die tweede om de grootte van de Melkweg te bepalen, omdat de buitenste de neiging heeft te overlappen met halo's van andere sterrenstelsels (zoals Andromeda, dat 2,5 miljoen lichtjaar verwijderd is) en ook omdat ze ontdekten dat deze afstand werkt zowel bij het modelleren van donkere materie als bij sterren.
Ze keken ook naar het gedrag van dwergstelsels in onze Lokale Groep van sterrenstelsels en ontdekten dat die dichter bij de Melkweg dan deze 2e bijtende stof de neiging hebben om met een andere snelheid door de ruimte te bewegen dan die verder weg. Ze merken op dat dit toeval kan zijn, maar het kan ook een fysieke relatie zijn die ze hebben met de Melkweg door de zwaartekracht. Als dat zo is, is het meer bewijs dat dit een goede keuze is voor de limiet.
Daar ga je dan. We leven op een planeet die om een ster draait op ongeveer 40% van de weg van het centrum naar de rand van de schijf in een spiraalstelsel met een veel grotere halo die bijna twee miljoen lichtjaar in doorsnede is. Niet het grootste sterrenstelsel dat we kennen, maar ook niet een om naar te niezen.
