Dutch language English language

Voorproefjes - Gestript door de Melkweg (idem, 2005)

 

Het sterrencluster omega Centauri lijkt op het eerste gezicht een gewone bolvormige sterrenhoop te zijn. Leidse sterrenkundigen ontdekten het tegendeel. Het cluster is wellicht het overblijfsel van een dwergsterrenstelsel: een kleine uitvoering van onze Melkweg. 

 

Vijftienduizend lichtjaar bij ons vandaan bevindt zich de bolvormige sterrenhoop omega Centauri. Vanaf het zuidelijk halfrond is dit cluster met het blote oog te zien; het maakt onderdeel uit van het sterrenbeeld Centaurus.

Omega Centauri, kortweg ω Cen, bevindt zich - in tegenstelling tot de Aarde - niet in de schijf van de Melkweg, maar er wel zo dicht bij dat zijn afzonderlijke sterren vanaf de Aarde met een telescoop te zien zijn. “Dat maakt ω Cen een ideale kandidaat voor het rekenen aan de dynamische structuur van stersystemen,” vertelt dr. Glenn van de Ven, die op 1 december 2005 bij de Leidse Sterrewacht promoveerde. “Zo proberen we te ontdekken hoe ze zijn opgebouwd en hoe ze precies zijn ontstaan.”

            Bolhopen, zo vertelt Van de Ven, zijn zelfs voor sterrenkundige begrippen al erg oud. “Na de oerknal trokken materiewolken zich samen tot ronddraaiende, schijfvormige sterrenstelsels, zoals die in onze Melkweg. Een gedeelte van het materiaal bleef echter achter als bolvormige sterrenclusters, waarin de sterren kriskras door elkaar bewegen. Onze Melkweg is omgeven door een soort halo van dergelijke bolhopen. ω Cen is er daar een van. Althans, dat dacht men altijd.”

Monnikenwerk

Eigenlijk was Van de Ven helemaal niet van plan zich specifiek te richten op de structuur en het ontstaan van ω Cen. Het onderzoek nam bij toeval deze wending. Het oorspronkelijke doel was het ontwikkelen van een alternatieve methode om de afstand tot een sterrencluster te bepalen. Van de Ven: “De standaardmethode, die al decennialang in gebruik is, kijkt naar de helderheid van de sterren in het cluster ten opzichte van gelijksoortige, maar dichterbij gelegen sterren, waarvan de positie bekend is. Deze schalingsmethode is echter gevoelig voor fouten, bijvoorbeeld omdat men een ster per ongeluk verkeerd typeert.”

De alternatieve methode berust op het modelleren van de bewegingen van de sterren in het cluster. “Voor duizenden sterren in ω Cen heeft men de snelheden in alle drie de dimensies kunnen meten en is de positie aan de hemel in twee dimensies bekend. Alleen de diepte, de afstand tot de ster, ontbreekt,” vertelt Van de Ven. “Als we nu sterbanen uitrekenen in een driedimensionaal model en deze op een bepaalde afstand zetten, kunnen we de gemiddelde lichtverdeling en snelheden in het model vergelijken met wat we daadwerkelijk waarnemen. Door vervolgens in de formules de afstand te variëren, kunnen we het model vinden dat het beste bij de waarnemingen past. Daaruit blijkt dan de afstand waarop ω Cen zich moet bevinden.”

            Voor het modelleren van de sterbewegingen gebruikten de Leidenaren uniek materiaal. Rond 1930 hebben Leidse sterrenkundigen een aantal foto’s van ω Cen gemaakt, en die fotografische platen zijn bewaard gebleven. Eind jaren ‘70 zijn dergelijke foto’s nogmaals gemaakt. Leg je nu de fotografische platen van die twee perioden op elkaar, dan kun je zien hoe de positie van alle sterren in het cluster in de loop van vijftig jaar is veranderd. “Deze vergelijking is begin jaren ‘80 al gemaakt,” vertelt Van de Ven. “Dat moet monnikenwerk geweest zijn. Van zo’n 10.000 sterren heeft men de verschuiving handmatig bepaald en met het oog geclassificeerd. Ik heb ooit tijdens een practicum een paar van die metingen gedaan en daar kreeg ik al hoofdpijn van.”

Deze metingen van de snelheden in het vlak van de hemel, ook wel eigenbewegingen genaamd, zijn gecombineerd met metingen van de snelheden in de richting waarin men kijkt. Die zijn uit te rekenen met behulp van de Dopplerverschuiving in het uitgezonden licht. Van de Ven: “Een ster die van ons af beweegt, lijkt een roder licht uit te zenden, en een ster die naar ons toe beweegt, een blauwer licht. Als je vervolgens de metingen combineert, zie je dat de sterren in ω Cen netjes rond een as roteren. Ze bewegen helemaal niet kriskras door elkaar heen, zoals in een bolhoop.”

 

Botsen met de Melkweg

Een goed model moet niet alleen in staat zijn deze rotatie te beschrijven, maar het moet ook rekening houden met een afgeplatte vorm. “Als vanaf de Aarde naar ω Cen kijkt, zie je dat het sterrencluster niet rond is,” zegt Van de Ven. “Wat je ziet is bovendien slechts een projectie, dus het kan zijn dat ω Cen in drie dimensies zelfs nog meer afgeplat is. Onze berekeningen laten zien dat dit inderdaad zo is. De snelheidsmetingen in drie richtingen wijzen uit dat wij ω Cen onder een hoek van zo’n 45 graden zien, met als gevolg dat ω Cen in werkelijkheid ongeveer tweemaal zo afgeplat is als we in projectie aan de hemel zien.” 

De Leidse sterrenkundigen hebben dan ook een afgeplat model gemaakt, opgebouwd uit sterbanen die met een computer zijn berekend op basis van de krachten die elke ster ondervindt. De combinatie van de banen van de verschillende typen sterren levert een driedimensionaal beeld op van de dynamische structuur van het cluster.

Het model dat de waarnemingen aan ω Cen het beste verklaarde, bracht onverwachte substructuren aan het licht. “Een deel van het binnenste van ω Cen lijkt nog enigszins op wat je verwacht van een bolhoop: een redelijk ronde structuur met kriskras door elkaar lopende banen,” merkt Van de Ven op. “In de buitendelen worden de sterbanen echter veel platter en steeds meer geordend. Gemiddeld bewegen ze in dezelfde richting, zoals de sterren in de schijf van onze Melkweg. Het meest frappante was echter de ontdekking van een kleine schijf van sterbanen in het centrum van het sterrencluster. Zo’n centrale schijf treffen we regelmatig aan in sterrenstelsels, maar nooit in een bolhoop.”

Het vermoeden rees dat ω Cen wellicht ooit zelf een klein sterrenstelsel is geweest, maar dat het stelsel in de loop der tijd zijn buitenste delen is kwijtgeraakt. “Om dit nader te onderzoeken, ben ik gaan rekenen aan de baan die ω Cen als geheel aflegt ten opzichte van de Melkweg”, vertelt Van de Ven. “Het blijkt dat ω Cen zich maar liefst tien procent van de tijd in de schijf van de Melkweg bevindt. Hij snijdt er heel schuin doorheen.” Sinds het ontstaan van het heelal moet ω Cen al vaak met de Melkweg zijn gebotst. Tijdens elke botsing raakt het cluster aan de buitenkant materiaal kwijt, onder invloed van de zwaartekracht van de Melkweg.

 

Recycling

“De substructuren die we in ω Cen aantroffen, worden mogelijk gevormd door verschillende sterpopulaties: groepen sterren met een verschillende leeftijd en een verschillende samenstelling,” vervolgt Van de Ven. “Bij een sterrenstelsel komt dat regelmatig voor: daarin vinden verschillende ronden van stervorming plaats, waarbij gasvormig materiaal wordt gerecycled. Dat verklaart de aanwezigheid van verschillende sterpopulaties. In een bolhoop kan dat proces niet optreden. Daarin is het gasvormig materiaal tijdens de vorming al volledig opgebruikt. Een bolhoop bevat dus slechts één oude sterpopulatie.”

Het vermoeden dat ω Cen het overblijfsel is van een dwergsterrenstelsel, bestond al langer, maar nu is het voor het eerst gelukt er bewijzen voor aan te dragen. Computers die krachtig genoeg zijn om met zulke ingewikkelde modellen te rekenen, bestaan nog niet zo lang. “Echt bewijzen kunnen we het nog niet, maar we hebben het wel heel aannemelijk gemaakt,” aldus Van de Ven. Als volgende stap lieten de Leidse wetenschappers hun model los op een cluster waarvan ze vermoedden dat het wél een echte bolhoop was. En dat bleek inderdaad zo te zijn: dit cluster bevatte maar één sterpopulatie, en de banen liepen willekeurig door elkaar heen.

“Er is nog veel te doen,” meent de kersverse doctor. “Uiteindelijk zou ik willen onderzoeken hoe de kern van ω Cen eruit ziet. Misschien treffen we daar wel een zwart gat in aan. Dat is reuze spannend onderzoek.” En, om terug te komen op de oorspronkelijke onderzoeksopzet: komt de afstand tot ω Cen volgens de nieuwe methode overeen met die volgens de standaardmethode? “Ruim binnen de marge. Maar inmiddels vinden we de andere resultaten veel interessanter.”

 

 

*****

 

Streamers:

  • Van zo’n 10.000 sterren heeft men de verschuiving handmatig bepaald.
  • Sinds het ontstaan van het heelal moet ω Cen al vaak met de Melkweg zijn gebotst.

 

Onderschriften bij figuren:

  • De bolvormige sterrenhoop omega Centauri heeft een spanwijdte van zo'n 150 lichtjaar, ligt op een afstand van ongeveer 15 duizend lichtjaar en is met het blote oog zichtbaar vanaf het zuidelijk halfrond in het sterrenbeeld Centaurus.
    [Credit: Loke Kun Tan (StarryScapes)]
  • Afbeelding van een dwergsterrenstel, samengesteld uit waarnemingen met de Hubble Space Telescope. Dit stelsel, genaamd NGC 1705, heeft een spanwijdte van zo'n 2000 lichtjaar en ligt op een afstand van ongeveer zeventien miljoen lichtjaar.
    [Credit: Hubble Heritage Team (STScI/AURA)]

< Terug naar de voorproefjes
Copyright © 2010 - Alle rechten voorbehouden - Webdesign Laurens Mast Freelance Webdesign