Voor duizenden jaren, mensen hebben zitten puzzelen over de melkachtige strook die zich over het hele firmament uitstrekt. In de moderne tijd, Galileo Galilei ontdekte dat deze Melkweg uit talloze sterren bestaat. Echter, pas in de 20e eeuw slaagden astronomen erin de vorm en de ware aard ervan te ontcijferen.

"Mijn derde observatie heeft betrekking op de aard van de Melkweg (...) Het maakt niet uit op welk deel ervan je met de telescoop richt, men vindt een enorm aantal sterren, waarvan een aantal vrij groot en zeer opvallend zijn; nog, het aantal kleine sterren is absoluut onpeilbaar." Deze woorden werden in 1610 geschreven door een man die met zijn zelfgebouwde telescoop onbekende landen bestudeerde die niet van deze wereld waren. Het was dit werk dat hem een ​​plaats in de geschiedenis opleverde:Galileo Galilei .

Het land dat hij beschreef is letterlijk niet van deze wereld, en het document draagt ​​de titel Sidereus Nuncius ("Starry Messenger"). In het, de Italiaanse wiskundige en astronoom presenteert zijn waarnemingen van de satellieten van Jupiter, de maan van de aarde en ook de melkweg. Tot dan, hun aard was een mysterie gebleven, en was vooral het onderwerp van de mythologie geweest. De Griekse natuurfilosoof Democritus beweerde al in de 5e eeuw voor Christus dat de diffuus gloeiende strook aan de hemel - bij de Afrikaanse !Kung-bosjesmannen bekend als de "ruggengraat van de nacht" - uit talloze zwakke sterren bestond.

Slijpsteen aan het firmament

Na de ontdekking van Galilei, echter, het zou bijna 150 jaar duren voordat deze hemelstructuur opnieuw het onderwerp van wetenschappelijke studie zou worden. Thomas Wright uit County Durham geloofde dat sterren waren gerangschikt in een vlak gebied vergelijkbaar met een slijpsteen, die zich over de hele hemel uitstrekte. Voor hem, de Melkweg was niets anders dan de projectie van deze slijpsteen. De Duitse filosoof Immanuel Kant greep deze theorie aan – en kwam heel dicht bij de waarheid.

In zijn General Natural History and Theory of the Heavens, gepubliceerd in 1755, hij legde de Melkweg uit als een uitgestrekte en zeer verdunde laag sterren. De zon, de aarde en alle andere planeten maakten deel uit van deze laag, maar niet in het midden ervan. Afhankelijk van de zichtlijn, langs het vlak van de laag of verticaal eruit, we zouden verschillende aantallen sterren zien.

Maar hoe kwamen de astronomen erachter of het schijnbare zicht op de Melkweg aan de hemel de werkelijke ruimtelijke structuur weerspiegelde? Sterrenstatistieken die aan het einde van de 18e eeuw door Friedrich Wilhelm Herschel werden bedacht, beloofden een oplossing:Herschel registreerde de coördinaten en helderheid van alle sterren die hij door zijn telescoop kon zien.

Echter, de onderneming is mislukt:afgezien van de onbetrouwbaarheid van deze metingen – bijvoorbeeld hoewel het mogelijk was om de schijnbare helderheid van de sterren te bepalen, het was onmogelijk om hun absolute helderheid te bepalen en dus hun afstand - er was ook een fundamenteel probleem:de Melkweg is gevuld met interstellaire materie, gas- en stofwolken die het licht van de sterren absorberen. Dit vertroebelt het zicht op de centrale regio en maakt het onmogelijk om de overkoepelende structuur te zien. Om deze reden, sterrenstatistieken kunnen nooit het systeem als geheel omvatten, maar alleen het gebied rond de zon tot een straal van ongeveer 10, 000 lichtjaar. De doorbraak kwam pas in het midden van de 20e eeuw, toen astronomen met radiotelescopen leerden om met andere ogen naar de lucht te kijken.

Een blik door stofgordijnen

Waterstof is het meest voorkomende element in het heelal. Als onderdeel van interstellaire materie, neutrale waterstof (H1) vult de ruimte tussen de sterren, en vult zo ook de Melkweg. Dit betekent dat de verspreiding van wolken waterstofgas de vorm van het hele systeem volgt, vergelijkbaar met de manier waarop botten het menselijk lichaam vormen.

Maar hoe kunnen deze kosmische "botten" zichtbaar worden gemaakt? Het antwoord wordt gegeven door het nano-universum:in de grondtoestand van waterstof, de draairichting van de atoomkern en het elektron dat er omheen draait zijn antiparallel. Als twee waterstofatomen botsen, de draairichting van de kern en het elektron kan worden omgedraaid om evenwijdig aan elkaar te eindigen - en na een bepaalde tijd, ze keren terug naar hun fundamentele antiparallelle staat.

Bij dit proces komt energie vrij, die wordt uitgestraald als een elektromagnetische golf. Deze lijn ligt in het radiobereik van het elektromagnetische spectrum. Ondanks de extreem lage dichtheid van interstellaire materie, atomen botsen voortdurend, waardoor de H 1 gebieden gloeien in het licht van deze waterstoflijn.

Deze straling dringt bijna ongehinderd door de stofgordijnen en kan worden opgevangen door radiotelescopen. Dankzij dit nieuwe venster in het universum, astronomen hebben de spiraalstructuur van de Melkweg kunnen ontdekken. Echter, In de jaren zeventig, onderzoekers ontdekten dat waterstof alleen niet voldoende was als indicator voor de morfologie van de melkweg omdat, bijvoorbeeld, het is minder geconcentreerd in de spiraalarmen dan verwacht. De zoektocht begon opnieuw.

Armen in beweging

De belangrijkste indicator bleken wolken van interstellaire moleculen te zijn; ze zenden straling uit in het licht van koolmonoxide (CO). Nu werd het stilaan mogelijk om het portret van de Melkweg te verfijnen. Overeenkomstig, de melkweg (van het Griekse woord gala:melk) is een gebogen wiel, 100, 000 lichtjaar in diameter en met een dikte van slechts 5, 000 lichtjaren. De wielnaaf met zijn zwarte gat is omgeven door een bolvormige uitstulping van sterren met een ingebedde sigaarvormige structuur - een soort staaf.

Rond 15, 000 lichtjaar van het centrum, strekt zich een ring uit die ook bestaat uit stof- en gaswolken, evenals sterren. De melkweg wordt gekenmerkt door verschillende armen. De meeste van hen dragen de namen van de sterrenbeelden waarin we ze waarnemen:de Boogschutter- en Perseus-armen, de Norma en Scutum-Crux Arms, de 3-Kiloparsec Arms en de Cygnus Arm.

Ons zonnestelsel bevindt zich in de Orion Arm, 26, 000 lichtjaar van het centrum en bijna op het hoofdvlak. Het systeem, die ongeveer 200 miljard zonnen bevat, is omgeven door een bolvormige halo die duizenden bolvormige sterclusters bevat en een bolvormig gebied dat bestaat uit zeer dun waterstofplasma. De hele melkweg draait, met objecten dichter bij het centrum die sneller roteren, en die verder van het centrum draaien langzamer. De curve van deze differentiële rotatie vertoont onregelmatigheden die niet alleen door zichtbare massa kunnen worden verklaard.

Hier, het is aannemelijk dat onzichtbare donkere materie een rol speelt. En de astronomen hebben nog een ander probleem:ondanks de rotatie, de spiraalarmen ontspannen niet, maar hebben hun vorm miljarden jaren behouden. Een verklaring hiervoor zijn schokgolven die zich door het hele systeem voortplanten en de materie in de spiraalarmen verdichten als een file op de snelweg. Onderzoekers zijn nog steeds aan het puzzelen over de oorzaak van deze dichtheidsgolven.