Bolhopen – dichte groepen sterren

M22 in Sagittarius
M22 in het sterrenbeeld Sagittarius

Bolhopen zijn dicht op elkaar gepakte verzamelingen van oude sterren. Ze zijn ongeveer rond van vorm en ze bevatten honderdduizenden en soms wel miljoenen sterren. Astronomen kunnen door ze te bestuderen de leeftijd van het heelal beter bepalen of uitzoeken waar het centrum van een sterrenstelsel zich precies bevindt.

Er zijn ongeveer 150 bolhopen in ons Melkwegstelsel bekend. De meeste van deze bolhopen zijn minstens 10 miljard jaar oud en ze bevatten de oudste sterren van ons sterrenstelsel. De bolhopen zijn vermoedelijk heel vroeg ontstaan, nog voordat ons sterrenstelsel afplatte tot een spiraalvormige schijf.

Sommige bolhopen, zoals bijvoorbeeld Messier 13 (M13) in het sterrenbeeld Hercules, kunnen met het blote oog worden waargenomen. Ze zijn heel mooi om te zien maar pas na de uitvinding van de telescoop begonnen ze ook interessant te worden voor astronomen. Met telescopen werd het mogelijk om de sterren in deze bolhopen beter te bekijken. Deze sterren zijn voornamelijk rode dwergen met een lage massa en gele sterren met een gemiddelde massa maar geen van de sterren is zwaarder dan 0,8 zonsmassa.

Bolhopen worden in alle richtingen aan de sterrenhemel gevonden. De dichtheid van de sterren in een bolhoop is veel groter dan de dichtheid van de sterren rond de Zon en in de bolhopen wordt geen gas meer gevonden. Het voorkomen van elementen zwaarder dan helium is slechts 1% tot 10% van het voorkomen van diezelfde elementen in de Zon.

Natuurkunde

Bolhopen zijn ontstaan uit gigantische moleculaire wolken of uit gigantische massa’s gas die ineenstorten en waaruit dan sterren ontstaan. Omdat er tegenwoordig minder gas aanwezig is dan in het begin van het heelal kunnen er tegenwoordig geen nieuwe bolhopen meer ontstaan.

Maar in een naburig sterrenstelsel, de Grote Magelhaanse Wolk, is toch nog een bolhoop in wording gevonden. Dit kan omdat er daar een ongebruikelijk grote hoeveelheid gas aanwezig is.

In bolhopen kunnen verschillende generaties sterren worden waargenomen en die ontstaan als de ene generatie evolueert naar de volgende generatie sterren. De eerste sterren slokken bijna al het aanwezige gas op en als ze enkele miljoenen jaren overlijden dan stoten ze weer gas uit. Dit betekent dat de verschillen in leeftijd tussen de verschillende generaties sterren in een bolhoop erg klein is, minder dan 1% schatten astronomen.

De jongere sterren bevatten meer zwaardere elementen en meer helium dan hun oudere buren en ze hebben ook een andere eigenbeweging dan de oudere sterren. Recent onderzoek met behulp van de Hubble Space Telescope heeft aangetoond dat de eerste generatie sterren zich meer in het centrum van de bolhoop bevindt en de nieuwere sterren langzaamaan naar buiten toe bewegen.

Iedere bolhoop beweegt in zijn geheel door zijn sterrenstelsel heen maar binnen de bolhoop bewegen de sterren ook allemaal door elkaar heen. Dat lijkt een beetje op de moleculen in een gas. De individuele bewegingen van de sterren werken als een soort schild dat voorkomt dat ze met elkaar in botsing komen maar de zwaartekracht in de bolhoop fungeert ook als een soort lijm die er voor zorgt dat de bolhoop als geheel bij elkaar blijft.

Bolhopen draaien ook rond maar ze doen dat niet zo snel als een sterrenstelsel. Dat komt omdat de oorspronkelijke gaswolk waar ze uit zijn ontstaan ook niet zo snel ronddraaide. De draaiing is wel zichtbaar want de meeste bolhopen zijn een beetje afgeplat. Bolhopen draaien typisch met een snelheid van 5 tot 10 kilometer per seconde. Ons Melkwegstelsel draait met een snelheid van 250 kilometer per seconde. Dat is dus wel aanmerkelijk sneller.

De eerste bevindingen

De eerste twee officieel ontdekte en benoemde bolhopen in het telescopentijdperk waren in 1665 Messier 22 in het sterrenbeeld Boogschutter – Sagittarius en Omega Centauri in het sterrenbeeld Centaurus. Net zoals Messier 13 is Omega Centauri met het blote oog zichtbaar maar de bolhoop was niet als dusdanig geclassificeerd. Dit gebeurde pas nadat de bolhoop met behulp van telescopen was onderzocht.

Messier 22 was opvallend omdat de bolhoop al heel vroeg werd benoemd maar de bolhoop is ook opvallend vanwege de leeftijd van zijn sterren. De sterren variëren in leeftijd tussen 12 miljard jaar en 13 miljard jaar en dat komt heel dicht in de buurt van de leeftijd van het heelal die is berekend op 13,8 miljard jaar.

De ontdekking van Messier 22 is niet verrassend omdat het een van de helderste bolhopen is die vanaf het noordelijk halfrond is te zien. Bovendien bevindt de bolhoop zich in de buurt van het galactische centrum, een compacte massa sterren in het centrum van ons melkwegstelsel, in het sterrenbeeld Boogschutter – Sagittarius.

Messier 13 is lastig met het blote oog te vinden, dat lukt alleen onder een donkere en transparante hemel. Omega Centauri en Messier 13 werden beiden in de 18de eeuw door Edmund Halley ontdekt. Halley is het bekendst als de astronoom die ontdekte dat de naar hem vernoemde komeet periodiek terugkeert naar de binnenste delen van het zonnestelsel.

Zoals Halley schreef: dit kleine vlekje toont zichzelf tot het blote oog maar alleen als de lucht kalm is en de Maan afwezig. Eeuwen later, in 1974 werd er met behulp van de radiotelescoop van Arecibo een radioboodschap uitgestuurd voor eventueel buitenaards leven richting Messier 13.

In 1917 bestudeerde de Amerikaanse astronoom Harlow Shapley Cepheïde veranderlijke sterren in de verschillende bolhopen. Hem viel op dat de sterren schijnen met een voorspelbare helderheid die afhankelijk is van de afstand tot de waarnemer. Met deze informatie was hij in staat de afstanden tot deze sterren te berekenen en dat leidde tot de kennis dat het galactische centrum van ons Melkwegstelsel zich in het sterrenbeeld Boogschutter – Sagittarius bevindt.

Shapley zag ook dat de bolhopen symmetrisch rond het sterrenstelsel waren gerangschikt maar ook dat ze evenveel boven als onder het galactische vlak voorkwamen maar niet in het galactische vlak.

Het model van Shapley zorgde ervoor dat ons sterrenstelsel groter werd en het verplaatste ons zonnestelsel verder weg van het centrum. Maar Shapley geloofde ook dat het heelal een enorm groot alles omvattend geheel was. Voortbordurend op het onderzoek van Shapley vond Edwin Hubble bolhopen die nog verder weg waren, tot wel 10 * verder weg en dat ze zich in andere sterrenstelsels voorbij ons Melkwegstelsel bevonden. Geconfronteerd met het bewijs van Hubble gaf Shapley toe dat hij blij was dat zijn theorieën waren weerlegd.

M13 in Hercules
M13 in het sterrenbeeld Hercules

De bijdrage van Hubble

De Hubble Space Telescope is bijzonder productief geweest als het aankomt op bolhopen. De Hubble heeft geen last van de verstoringen van de atmosfeer van de Aarde en doordat sterren in de ruimte niet twinkelen kunnen ze ook beter bestudeerd worden. Hierdoor kunnen hun afstand en eigenschappen beter worden bepaald. In een bepaald gebied in het sterrenbeeld Virgo – Maagd ontdekte de Hubble in 2008 meer dan 11.000 bolhopen.

Tegelijkertijd leverde de telescoop een verklaring waarom Messier 87, dat zich in hetzelfde gebied bevindt, veel meer bolhopen heeft dan men zou verwachten. Messier 87 en zijn bolhopen ontstonden in erg compacte gebieden van het heelal waar de omstandigheden nodig voor stervorming veel beter waren.

De Hubble Space Telescope rekende ook af met een oude aanname onder astronomen dat de sterren in een bolhoop altijd van dezelfde leeftijd zijn. De zwaardere bolhopen hebben vermoedelijk materiaal in hun omgeving opgeslokt en daar nieuwe sterren van gemaakt.

 

Eerste publicatie: 16 maart 2019




%d bloggers liken dit: