Hoe zwaar is ons Melkwegstelsel?

Onze melkweg
Onze melkweg. Credit: NASA

Door het combineren van gegevens van de Hubble Space Telescope en de Gaia Space Telescope heeft een internationaal team van astronomen de meest nauwkeurige schatting van de massa van ons sterrenstelsel kunnen maken.

Van sterren, planeten en asteroïden tot zwarte gaten en onzichtbare zwarte materie, ons sterrenstelsel is er vol mee. Echter, de totale massa van al dit hemelse materiaal is iets waar astronomen het tot nu toe niet over eens zijn.

De massa van ons sterrenstelsel werd geschat op minstens 500 miljard zonsmassa (één zonsmassa komt overeen met de massa van de Zon) en maximaal 3 tot 3 biljoen zonsmassa. Deze enorme onzekerheid heeft heel veel te maken met de manier waarop astronomen ons zonnestelsel proberen te wegen. Die onzekerheid wordt in grote mate bepaald door een onbekende variabele: donkere materie. Deze onzichtbare, en nog steeds hypothetische, vorm van materie zou tot 90 procent van de massa van ons zonnestelsel kunnen omvatten maar die materie kunnen we niet zien noch rechtstreeks meten en dat zorgt ervoor dat deze donkere materie voor astronomen een groot probleem is.

Niet in staat zijn een overeenstemming te bereiken over de massa van ons sterrenstelsel is niet goed. Zonder een nauwkeurig idee over de hoeveelheid massa in ons sterrenstelsel kunnen astronomen ook niet goed begrijpen hoe het reageert met naburige sterrenstelsels en hoe de interne structuur is ontstaan en is geëvolueerd.

Een internationaal team van astronomen heeft onder leiding van Laura Watkins van de ESO in Garching, Duitsland nu een nieuwe benadering toegepast. Door het combineren van gegevens van twee telescopen in de ruimte, de Hubble en de Gaia, hebben de onderzoekers de massa van ons sterrenstelsel met een nieuwe precisie bepaald. Hun onderzoek, dat binnenkort wordt gepubliceerd in het tijdschrift The Astrophysical Journal, resulteert in een totale massa voor ons sterrenstelsel van ongeveer 1,5 biljoen zonsmassa en die massa strekt zich uit tot op ongeveer 129.000 lichtjaar van het centrum van ons sterrenstelsel.

De wetenschappers waren verrast dat de gevonden waarde midden in het erg grote bereik van eerdere schattingen viel. Verschillende andere recente studies resulteerden in lagere waardes en de nu gevonden waarde ligt dan weer aan de bovenkant van die getallen.

Zoals al gezegd bestaat het merendeel van de massa van ons sterrenstelsel uit donkere materie, ongeveer 84% van het totaal, aldus het nieuwe onderzoek. De 200 miljard sterren in ons sterrenstelsel zijn goed voor 60 miljard zonsmassa oftewel ongeveer 4% van het geheel. De resterende 12 procent bestaat uit niet-stellair materiaal zoals gaswolken, planeten, kometen en asteroïden. Het supermassieve zwarte gat dat in het centrum van ons sterrenstelsel huist is goed voor een massa van ongeveer 4 miljoen zonsmassa. Da’s veel maar het verdwijnt in het niet bij de totale massa.

Vergeleken met andere sterrenstelsels is onze Melkweg aan de zware kant maar het is nog steeds een sterrenstelsel met een gemiddelde massa.

De lichtste sterrenstelsels bezitten ongeveer één miljard zonsmassa en de zwaarste sterrenstelsels zitten rond de 30 biljoen zonsmassa. Ons sterrenstelsel zit dus aan de hogere kant van een range maar dat wisten astronomen al. Vergeleken met andere sterrenstelsels die ongeveer even helder zijn heeft de Melkweg een gemiddelde massa.

Om het probleem van de donkere materie mee te nemen heeft het team de snelheden en bewegingen van bolhopen gemeten. Bolhopen zijn compacte concentraties van sterren die ver van het centrum van de Melkweg om ons sterrenstelsel draaien en die heel goede referentiepunten zijn voor het bepalen van de massa van ons sterrenstelsel. Zoals professor Evans van de universiteit van Cambridge en coauteur van het artikel uitlegt:

Hoe zwaarder een sterrenstelsel is hoe sneller de bolhopen zich als gevolg van de aantrekkingskracht van het sterrenstelsel bewegen. Eerdere metingen bepaalden altijd de snelheid waarmee een bolhoop zich van de Aarde af bewoog of naar ons toe kwam. Dat kan alleen maar gedaan worden in de zichtlijn van de Aarde. Echter men was nu in staat om ook de zijwaartse beweging van bolhopen te meten en hieruit kon de totale snelheid worden berekend en achtereenvolgens de massa van ons sterrenstelsel.

Gaia leverde metingen van 34 bolhopen aan tot op een afstand van 65.000 lichtjaar van de Aarde en de Hubble leverde metingen van 12 ver verwijderde bolhopen aan waarvan de verste zich op een afstand van 130.000 lichtjaar bevindt. De gegevens van de Gaia hadden betrekking op een waarneemperiode van 22 maanden en de Hubble gegevens waren over een periode van 10 jaar. Hierdoor waren de astronomen in staat om de bewegingen van deze objecten over een relatief langere periode te bestuderen.

In het persbericht van de ESA schrijft coauteur Roeland van der Marel van het Space Telescope Science Institute in Baltimore dat zijn team de massa van de Melkweg heeft kunnen bepalen op een manier die zonder de twee telescopen onmogelijk zou zijn geweest. Volgens Van de Marel is dit een goed voorbeeld van hoe astronomen hun middelen kunnen combineren om onderzoek te doen dat anders niet mogelijk is.

Laura Watkins is blij met de nieuwe methode en de resultaten maar ze geeft direct toe dat er nog steeds ruimte is voor verbetering. Gaia zal bijvoorbeeld nog 9 tot 10 jaar de gehele sterrenhemel bestuderen voor de missie zal worden beëindigd en die gegevens zullen tot nog nauwkeurigere metingen van de bewegingen van sterren leiden en dat zal leiden tot een nog beter beeld over de massa van ons sterrenstelsel. Daar komt bij dat het team van Watkins slechts 36 bolhopen gebruikte tijdens het onderzoek.

Als er van meer objecten de precieze bewegingen bekend zijn dan zal dit leiden tot een grotere nauwkeurigheid, speciaal op grotere afstanden van het centrum van ons sterrenstelsel.

Watkins is ook bezig met de verbetering van computermodellen. Zo hebben de onderzoekers o.a. aangenomen dat de halo van donkere materie die ons sterrenstelsel omhult perfect bolvormig is. Maar die halo heeft misschien een heel andere vorm. Misschien is de halo in een richting een beetje langer dan in een andere richting. Dat is iets dat astronomen helemaal niet weten.

Toekomstige gegevens van de Gaia zouden meer inzicht kunnen geven in de vorm van deze halo en dat zal dan weer leiden tot een verbetering van astronomische modellen. Vooralsnog moeten we ons tevreden stellen met het nieuwe getal van 1,5 biljoen zonsmassa en ons iets zwaarder dan gemiddelde Melkweg.

Bron:
The Astrophysical Journal
Hubble Space Telescope

 

 

Eerste publicatie: 9 maart 2019

 

https://gizmodo.com/how-heavy-is-the-milky-way-1833131376

We doen ons best om alle artikelen zonder taal-, tik- en inhoudelijke fouten te plaatsen maar ondanks alle controle zie je zelf vaak je eigen fouten niet meer. Daarom stellen we het uitermate op prijs als je een fout komt melden!
Als je een spelfout hebt gevonden selecteer dan a.u.b. de tekst en druk Ctrl+Enter. Heb je een inhoudelijke fout gevonden, schrijf dan in het commentaarveld wat er volgens jou niet correct is.
We proberen alle gemelde fouten zo snel als mogelijk te verbeteren. Omdat de meldingen anoniem zijn vindt er geen communicatie plaats met de indiener. We houden ons het recht voorbehouden om meldingen niet te verwerken.

%d bloggers liken dit:

Spelling error report

The following text will be sent to our editors: