Wetenschap
Als je naar de nachtelijke hemel kijkt, vooral in de zomer, je ziet een zwakke band van sterren verspreid over het hele midden van de hemel. Deze band van sterren is onze heelal , De melkweg. De zon is slechts een van de ongeveer 200 miljard sterren in de Melkweg, dat slechts een van de miljarden sterrenstelsels in het universum is. Een melkwegstelsel is een groot systeem van sterren, gas (meestal waterstof), stof en donkere materie die om een gemeenschappelijk centrum draaien en door de zwaartekracht met elkaar zijn verbonden -- ze zijn beschreven als 'eilanduniversums'. Sterrenstelsels zijn er in vele maten en vormen. We weten dat ze erg oud zijn en vroeg in de evolutie van het universum zijn gevormd. Maar hoe ze zich vormden en evolueerden naar hun verschillende vormen, blijft een mysterie.
Wanneer astronomen met krachtige telescopen in de diepste uithoeken van het heelal kijken, ze zien ontelbare sterrenstelsels. De sterrenstelsels zijn ver van elkaar verwijderd en bewegen voortdurend van elkaar weg naarmate ons universum uitdijt. Verder, sterrenstelsels zijn georganiseerd in grote clusters en andere structuren, die belangrijke gevolgen kunnen hebben voor de algehele structuur, vorming en lot van het universum.
Sommige sterrenstelsels, genaamd actieve sterrenstelsels , zenden enorme hoeveelheden energie uit in de vorm van straling. Ze kunnen exotische structuren zoals superzware zwarte gaten in hun centrum hebben. Actieve sterrenstelsels vertegenwoordigen een belangrijk gebied van astronomisch onderzoek.
In dit artikel, we zullen ontdekken hoe sterrenstelsels werden ontdekt en welke soorten er bestaan, waar ze van gemaakt zijn, hun interne structuren, hoe ze zich vormen en evolueren, hoe ze over het heelal zijn verdeeld, en hoe actieve sterrenstelsels zoveel energie kunnen uitstralen.
Helderheid-afstand relatieAstronomen (professioneel of amateur) kunnen de helderheid van een ster (de hoeveelheid licht die deze uitstraalt) meten met behulp van een fotometer of ladingsgekoppeld apparaat aan het uiteinde van een telescoop. Als ze de helderheid van de ster en de afstand tot de ster kennen, ze kunnen de helderheid ervan berekenen - de hoeveelheid energie die het uitstraalt ( helderheid =helderheid x 12,57 x (afstand) 2 ). Omgekeerd, als je de helderheid van een ster kent, je kunt de afstand berekenen.
Inhoud
Sterrenstelsels zijn er in verschillende maten en vormen. Ze kunnen zo weinig als 10 miljoen sterren hebben of maar liefst 10 biljoen (de Melkweg heeft ongeveer 200 miljard sterren). 1936, Edwin Hubble classificeerde sterrenstelsels in de Hubble-reeks .
Spiraalstelsels hebben de meest complexe structuren. Hier is een weergave van de Melkweg zoals deze er van buitenaf uitziet.
Al deze componenten draaien om de kern en worden bij elkaar gehouden door de zwaartekracht. Omdat zwaartekracht afhankelijk is van massa, je zou kunnen denken dat het grootste deel van de massa van een melkwegstelsel in de galactische schijf of nabij het centrum van de schijf zou liggen. Echter, door de rotatiecurven van de Melkweg en andere sterrenstelsels te bestuderen, astronomen hebben geconcludeerd dat het grootste deel van de massa zich in de buitenste delen van de melkweg bevindt (zoals de halo), waar weinig licht wordt afgegeven door sterren of gassen.
Op de volgende pagina, we maken een wandeling door de geschiedenis van sterrenstelsels.
Laten we eens kijken naar de geschiedenis van sterrenstelsels in de astronomie.
Er zijn nog steeds veel mysteries rond de vorming van sterrenstelsels, maar op de volgende pagina zullen we enkele van de beste theorieën erover uitleggen.
Lichtjaren verwijderd
Sterrenstelsels zijn ver uit elkaar. Het Andromeda-sterrenstelsel, die ook wel M31 wordt genoemd (Messier object #31), is het dichtstbijzijnde sterrenstelsel voor ons -- 2,2 miljoen lichtjaar verwijderd. Astronomen meten meestal intergalactische afstanden in termen van megaparsecs:
één parsec =3,26 lichtjaar
één miljoen parsecs =één megaparsec
één megaparsec (Mpc) =3,26 miljoen lichtjaar
De verste zichtbare sterrenstelsels zijn ongeveer 3, 000 Mpc verwijderd, of ongeveer 10 miljard lichtjaar.
Lees verderWe weten echt niet hoe verschillende sterrenstelsels zich hebben gevormd en de vele vormen hebben aangenomen die we tegenwoordig zien. Maar we hebben wel enkele ideeën over hun oorsprong en evolutie.
Laten we eens kijken naar de periode van melkwegvorming.
observaties van Edwin Hubble, en volgende Hubble-wet (wat we later zullen uitleggen), leidde tot het idee dat het heelal uitdijt. We kunnen de leeftijd van het heelal schatten op basis van de uitdijingssnelheid. Omdat sommige sterrenstelsels miljarden lichtjaren van ons verwijderd zijn, we kunnen zien dat ze vrij snel na de oerknal zijn gevormd (als je dieper in de ruimte kijkt, je ziet verder terug in de tijd). De meeste sterrenstelsels zijn vroeg gevormd, maar gegevens van NASA's Galaxy Explorer (GALEX) telescoop geven aan dat enkele nieuwe sterrenstelsels relatief recentelijk zijn gevormd - in de afgelopen paar miljard jaar.
De meeste theorieën over het vroege heelal gaan uit van twee veronderstellingen:
Vanuit deze aannames astronomen geloven dat de dichtere gebieden de uitdijing enigszins vertraagden, waardoor gas zich kan ophopen in kleine protogalactische wolken . In deze wolken, de zwaartekracht zorgde ervoor dat gas en stof instortten en sterren vormden. Deze sterren brandden snel op en werden bolvormige sterrenhopen, maar de zwaartekracht bleef de wolken doen instorten. Toen de wolken instortten, ze vormden roterende schijven. De roterende schijven trokken met de zwaartekracht meer gas en stof aan en vormden galactische schijven. Binnen de galactische schijf, nieuwe sterren gevormd. Wat overbleef aan de rand van de oorspronkelijke wolk waren bolvormige sterrenhopen en de halo bestaande uit gas, stof en donkere materie.
Twee factoren van dit proces kunnen de verschillen tussen elliptische en spiraalvormige sterrenstelsels verklaren:
Sterrenstelsels handelen niet alleen. De afstanden tussen sterrenstelsels lijken groot, maar de diameters van sterrenstelsels zijn ook groot. Vergeleken met sterren, sterrenstelsels staan relatief dicht bij elkaar. Ze kunnen interageren en belangrijker, botsen. Als sterrenstelsels botsen, ze gaan eigenlijk door elkaar heen -- de sterren binnenin komen elkaar niet tegen vanwege de enorme interstellaire afstanden. Maar botsingen hebben de neiging om de vorm van een melkwegstelsel te vervormen. Computermodellen laten zien dat botsingen tussen spiraalstelsels vaak elliptische vormen (dus spiraalstelsels zijn waarschijnlijk niet betrokken geweest bij botsingen). Wetenschappers schatten dat maar liefst de helft van alle sterrenstelsels betrokken is geweest bij een of andere botsing.
Gravitatie-interacties tussen botsende sterrenstelsels kunnen verschillende dingen veroorzaken:
Dus, zweven sterrenstelsels gewoon rond in de ruimte of regelt een onzichtbare kracht hun beweging? En wat gebeurt er als ze elkaar tegenkomen? Ontdek het op de volgende pagina.
Sterrenstelsels zijn niet willekeurig verdeeld over het universum - ze hebben de neiging om in te bestaan galactische clusters . De sterrenstelsels in deze clusters zijn door zwaartekracht met elkaar verbonden en beïnvloeden elkaar.
Toen astronomen Margaret Geller en Emilio E. Falco de posities van sterrenstelsels en galactische clusters in het heelal in kaart brachten, het werd duidelijk dat galactische clusters en superclusters niet willekeurig worden verdeeld. Ze zijn eigenlijk samengeklonterd in muren (lange filamenten) afgewisseld met leegtes , die het universum een spinnenwebachtige structuur geeft.
De intergalactisch medium -- de ruimte tussen sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels -- is niet helemaal leeg. We kennen de exacte aard van het intergalactische medium niet, maar het bevat waarschijnlijk een relatief kleine gasdichtheid. Het grootste deel van het intergalactische medium is koud (ongeveer 2 graden Kelvin), maar recente röntgenwaarnemingen suggereren dat sommige delen ervan heet zijn (miljoenen graden Kelvin) en rijk aan metalen. Een van de actieve gebieden van astronomisch onderzoek van vandaag is gericht op het bepalen van de aard van het intergalactische medium - het kan ons helpen erachter te komen hoe het universum precies begon en hoe sterrenstelsels zich vormen en evolueren.
Laten we een laatste eigenschap bekijken met betrekking tot sterrenstelsels en hun distributies. Voor zijn metingen van galactische afstanden, Edwin Hubble bestudeerde de lichtspectra die sterrenstelsels uitzenden. In alle gevallen, hij merkte op dat de spectra waren: Doppler-verschoven naar het rode einde van het spectrum. Dit geeft aan dat het object van ons af beweegt. Hubble merkte dat waar hij ook keek, sterrenstelsels dreven van ons weg. En hoe verder de melkweg, hoe sneller het weg ging. 1929, Hubble publiceerde een grafiek van deze relatie, die bekend is geworden als De wet van Hubble .
wiskundig, De wet van Hubble stelt dat de snelheid van recessie (V) is recht evenredig met de galactische afstand (NS). De vergelijking is V =Hd , waar H is de Hubble-constante , of evenredigheidsconstante. De meest actuele schatting van H is 70 kilometer per seconde per megaparsec. De wet van Hubble is een belangrijk bewijs dat het universum uitdijt - zijn werk vormde de basis van de oerknaltheorie over de oorsprong van het universum.
Sommige sterrenstelsels spuwen gassen uit, zenden intens licht uit en hebben superzware zwarte gaten in hun centrum. We zullen hierna leren over actieve sterrenstelsels.
Het Doppler-effectNet zoals het hoge geluid van de sirene van een brandweerwagen lager wordt naarmate de vrachtwagen wegrijdt, de beweging van sterren beïnvloedt de golflengten van het licht dat we van hen ontvangen. Dit fenomeen wordt het Doppler-effect genoemd. We kunnen het Doppler-effect meten door lijnen in het spectrum van een ster te meten en deze te vergelijken met het spectrum van een standaardlamp. De hoeveelheid Dopplerverschuiving vertelt ons hoe snel de ster ten opzichte van ons beweegt. In aanvulling, de richting van de Dopplerverschuiving kan ons de richting van de beweging van de ster vertellen. Als het spectrum van een ster naar het blauwe uiteinde wordt verschoven, de ster beweegt naar ons toe; als het spectrum naar het rode uiteinde wordt verschoven, de ster beweegt van ons weg.
Als je naar een normaal sterrenstelsel kijkt, het meeste licht komt van de sterren in zichtbare golflengten en is gelijkmatig verdeeld over de melkweg. Echter, als je enkele sterrenstelsels waarneemt, je zult intens licht uit hun kernen zien komen. En als je naar dezelfde sterrenstelsels kijkt in de röntgenfoto, ultraviolet, infrarood en radiogolflengten, ze lijken enorme hoeveelheden energie af te geven, blijkbaar uit de kern. Dit zijn actieve sterrenstelsels , die een zeer klein percentage van alle sterrenstelsels vertegenwoordigen. Er zijn vier classificaties van actieve melkwegstelsels, maar het type dat we waarnemen kan meer afhangen van onze kijkhoek dan van structurele verschillen.
Om actieve sterrenstelsels te verklaren, wetenschappers moeten kunnen uitleggen hoe ze zulke grote hoeveelheden energie uit zulke kleine gebieden van de galactische kernen uitzenden. De meest geaccepteerde hypothese is dat zich in het centrum van elk van deze sterrenstelsels een massief of superzwaar zwart gat bevindt. Rond het zwarte gat is een accretieschijf van snel ronddraaiend gas dat is omgeven door een torus (een donutvormige schijf van gas en stof). Als het materiaal van de accretieschijf in het gebied rond het zwarte gat valt (de gebeurtenishorizon ), het verwarmt tot miljoenen graden Kelvin en wordt naar buiten versneld in de jets.
Ontdekt door Carl Seyfert in 1943, deze sterrenstelsels (2 procent van alle spiraalstelsels) hebben brede spectra die duiden op kernen van hete, geïoniseerd gas met lage dichtheid. De kernen van deze sterrenstelsels veranderen om de paar weken van helderheid, dus we weten dat de objecten in het centrum relatief klein moeten zijn (ongeveer de grootte van een zonnestelsel). Met behulp van Doppler-verschuivingen, astronomen hebben opgemerkt dat de snelheden in het centrum van Seyfert-sterrenstelsels ongeveer 30 keer groter zijn dan die van normale sterrenstelsels.
Radiosterrenstelsels zijn elliptisch (0,01 procent van alle sterrenstelsels zijn radiostelsels). Hun kernen zenden jets van gas met hoge snelheid (dichtbij de lichtsnelheid) boven en onder de melkweg uit - de jets interageren met magnetische velden en zenden radiosignalen uit.
quasars (quasi-stellaire objecten)
Quasars werden ontdekt in de vroege jaren zestig. ongeveer 13, 000 zijn ontdekt, maar het kunnen er wel 100 zijn, 000 daar [bron:A Review of the Universe]. Ze zijn miljarden lichtjaren verwijderd van de Melkweg en zijn de meest energetische objecten in het universum. De extreme helderheid van quasars kan gedurende een hele dag fluctueren, wat aangeeft dat de energie uit een heel klein gebied komt. Er zijn duizenden quasars gevonden, en men denkt dat ze afkomstig zijn uit de kernen van verre sterrenstelsels.
Blazars zijn een soort actief sterrenstelsel -- ongeveer 1, 000 zijn gecatalogiseerd [bron:A Review of the Universe]. Vanuit ons oogpunt, we kijken "frontaal" naar de jet die uit de melkweg komt. Zoals quasars, hun helderheid kan snel fluctueren - soms in minder dan een dag.
Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over sterrenstelsels.
SterrenstelselsDe meeste sterrenstelsels hebben weinig nieuwe stervorming - ongeveer één per jaar. Echter, starburst sterrenstelsels meer dan 100 per jaar produceren. In dit tempo, starburst-sterrenstelsels verbruiken al hun gas en stof in ongeveer 100 miljoen jaar, wat kort is in vergelijking met de miljarden jaren dat de meeste sterrenstelsels bestaan. Starburst-sterrenstelsels zenden hun intense licht uit vanuit een klein gebied van nieuw gevormde sterren en supernova's. Dus, astronomen denken dat starburst-sterrenstelsels een korte fase vertegenwoordigen in hoe sterrenstelsels veranderen en evolueren, misschien een fase voordat het een actief sterrenstelsel werd.
Oorspronkelijk gepubliceerd:7 februari 2008
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com