Als het om sterrenstelsels gaat, Hoe snel is snel? De melkweg, een gemiddeld spiraalstelsel, draait met een snelheid van 130 mijl per seconde (210 km/sec) in de buurt van onze zon. Nieuw onderzoek heeft uitgewezen dat de meest massieve spiraalstelsels sneller draaien dan verwacht. Deze "super spiralen, " waarvan de grootste ongeveer 20 keer meer weegt dan onze Melkweg, draaien met een snelheid van maximaal 350 mijl per seconde (570 km/sec).

Super spiralen zijn in bijna alle opzichten uitzonderlijk. Behalve dat het veel massiever is dan de Melkweg, ze zijn ook helderder en groter in fysieke grootte. De grootste overspanning 450, 000 lichtjaar vergeleken met 100 van de Melkweg, diameter van 000 lichtjaar. Er zijn tot nu toe slechts ongeveer 100 superspiralen bekend. Super spiralen werden ontdekt als een belangrijke nieuwe klasse van sterrenstelsels tijdens het bestuderen van gegevens van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) en de NASA/IPAC Extragalactic Database (NED).

"Super spiralen zijn extreem door veel maatregelen, " zegt Patrick Ogle van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland. "Ze breken de records voor rotatiesnelheden."

Ogle is de eerste auteur van een artikel dat op 10 oktober werd gepubliceerd. 2019, in de Astrofysische journaalbrieven . Het artikel presenteert nieuwe gegevens over de rotatiesnelheden van superspiralen die zijn verzameld met de Southern African Large Telescope (SALT), de grootste enkele optische telescoop op het zuidelijk halfrond. Aanvullende gegevens werden verkregen met behulp van de Hale-telescoop van 5 meter van het Palomar Observatorium, beheerd door het California Institute of Technology. Gegevens van NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) -missie waren cruciaal voor het meten van de melkwegmassa's in sterren en stervormingssnelheden.

Verwijzend naar de nieuwe studie, Tom Jarrett van de Universiteit van Kaapstad, Zuid-Afrika zegt, "Dit werk illustreert prachtig de krachtige synergie tussen optische en infraroodwaarnemingen van sterrenstelsels, stellaire bewegingen onthullen met SDSS- en SALT-spectroscopie, en andere stellaire eigenschappen - met name de stellaire massa of 'ruggengraat' van de gaststerrenstelsels - door middel van de WISE mid-infrared imaging."

De theorie suggereert dat superspiralen snel ronddraaien omdat ze zich in ongelooflijk grote wolken bevinden, of halo's, van donkere materie. Donkere materie wordt al tientallen jaren in verband gebracht met de rotatie van sterrenstelsels. Astronoom Vera Rubin was een pionier op het gebied van rotatiesnelheden van sterrenstelsels, waaruit blijkt dat spiraalstelsels sneller roteren dan wanneer hun zwaartekracht uitsluitend te danken zou zijn aan de samenstellende sterren en het gas. Een extra, onzichtbare substantie die bekend staat als donkere materie moet de rotatie van sterrenstelsels beïnvloeden. Een spiraalstelsel met een bepaalde massa in sterren zal naar verwachting met een bepaalde snelheid roteren. Het team van Ogle ontdekt dat superspiralen de verwachte rotatiesnelheid aanzienlijk overschrijden.

Super spiralen bevinden zich ook in groter dan gemiddelde halo's van donkere materie. De zwaarste halo die Ogle heeft gemeten, bevat genoeg donkere materie om minstens 40 biljoen keer zoveel te wegen als onze zon. Die hoeveelheid donkere materie zou normaal gesproken een groep sterrenstelsels bevatten in plaats van een enkel sterrenstelsel.

"Het lijkt erop dat de spin van een melkwegstelsel wordt bepaald door de massa van zijn halo van donkere materie, ' legt Ogel uit.

Het feit dat superspiralen de gebruikelijke relatie tussen de massa van sterrenstelsels in sterren en de rotatiesnelheid verbreken, is een nieuw bewijs tegen een alternatieve zwaartekrachttheorie die bekend staat als Modified Newtonian Dynamics, of MOND. MOND stelt voor dat op de grootste schalen, zoals sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels, zwaartekracht is iets sterker dan zou worden voorspeld door Newton of Einstein. Hierdoor zouden de buitenste regionen van een spiraalstelsel, bijvoorbeeld, om sneller te draaien dan anders verwacht op basis van zijn massa in sterren. MOND is ontworpen om de standaardrelatie in spiraalrotatiesnelheden te reproduceren, daarom kan het uitschieters zoals super spiralen niet verklaren. De superspiraalwaarnemingen suggereren dat er geen niet-Newtoniaanse dynamiek nodig is.

Ondanks dat het de meest massieve spiraalstelsels in het heelal zijn, super spiralen zijn eigenlijk ondergewicht in sterren in vergelijking met wat zou worden verwacht voor de hoeveelheid donkere materie die ze bevatten. Dit suggereert dat de enorme hoeveelheid donkere materie stervorming remt. Er zijn twee mogelijke oorzaken:1) Eventueel extra gas dat de melkweg in wordt gezogen, botst samen en warmt op, voorkomen dat het afkoelt en sterren vormt, of 2) De snelle draaiing van de melkweg maakt het moeilijker voor gaswolken om in te storten tegen de invloed van middelpuntvliedende kracht.

"Dit is de eerste keer dat we spiraalstelsels hebben gevonden die zo groot zijn als ze ooit kunnen worden, ' zegt Ogel.

Ondanks deze storende invloeden, super spiralen kunnen nog steeds sterren vormen. Hoewel de grootste elliptische sterrenstelsels al hun sterren meer dan 10 miljard jaar geleden hebben gevormd, super spiralen vormen vandaag nog steeds sterren. Ze zetten elk jaar ongeveer 30 keer de massa van de zon om in sterren, wat normaal is voor een sterrenstelsel van die grootte. Ter vergelijking, onze Melkweg vormt ongeveer één zonnemassa aan sterren per jaar.

Ogle en zijn team hebben aanvullende waarnemingen voorgesteld om belangrijke vragen over superspiralen te beantwoorden, inclusief waarnemingen die zijn ontworpen om de beweging van gas en sterren binnen hun schijven beter te bestuderen. Na de lancering in 2021, NASA's James Webb-ruimtetelescoop zou superspiralen op grotere afstanden en dienovereenkomstig jongere leeftijden kunnen bestuderen om te leren hoe ze in de loop van de tijd evolueren. En NASA's WFIRST-missie kan helpen bij het lokaliseren van meer superspiralen, die uiterst zeldzaam zijn, dankzij het grote gezichtsveld.