Hoeveel sterrenstelsels zijn er in het heelal?

Sterrenstelsels – grote verzamelingen van sterren die ons heelal bevolken – zijn overal waar we maar kijken in het heelal. Het mooiste voorbeeld hiervan is de Hubble eXtreme Deep Field. Dit is een collectie foto’s die zijn gemaakt met de Hubble ruimtetelescoop en die duizenden en duizenden sterrenstelsels laten zien in een heel klein gebiedje aan de sterrenhemel.

Schatten hoeveel sterrenstelsels er in het heelal zijn is een hele lastige klus. Grote getallen zijn een onderdeel van het probleem. Als je eenmaal in de miljarden zit dan beginnen de problemen. Een ander probleem is de beperking in onze instrumenten. Om het beste beeld te hebben moet de telescoop een grote opening hebben (dat is de diameter van de lens of de spiegel) en eigenlijk geplaatst buiten de atmosfeer van de Aarde om geen last te hebben van verstoringen.

De schattingen gedaan door verschillende wetenschappers lopen nogal uiteen maar men neemt aan dat er ergens tussen de 100 miljard en 200 miljard sterrenstelsels zijn.

Astronomen zien de Hubble Telescope op dit moment als het beste instrument om sterrenstelsels te tellen en te schatten. De Hubble telescoop werd in 1990 gelanceerd. In eerste instantie was de telescoop niet scherp door een fout in de spiegel maar tijdens een reparatiemissie in 1993 werd die hersteld waarna de telescoop de mooiste beelden maakte. Tot aan de laatste shuttle missie in 2009 is de telescoop gemoderniseerd.

In 1995 werd de telescoop op een schijnbaar leeg stukje sterrenhemel gericht in het sterrenbeeld Ursa Major – de Grote Beer. Gedurende 10 dagen werd dit stukje sterrenhemel continue waargenomen. Het resultaat was een verzameling van ongeveer 3000 sterrenstelsels met een helderheid tot magnitude 30. (Ter vergelijking: de Poolster heeft een helderheid van magnitude 2.). Deze opname is bekend geworden als de Hubble Deep Field. Het was de verste blik in het heelal die we op dat moment hadden.

Omdat de Hubble Telescope een paar keer nieuwe instrumenten kreeg hebben astronomen dit experiment twee keer herhaald. In 2003 en 2004 werd de Hubble Ultra Deep Field gemaakt waarbij in totaal 1 miljoen seconden werd belicht. In die opname zijn ongeveer 10.000 sterrenstelsels zichtbaar in een klein gebied in het sterrenbeeld Fornax – Oven.

In 2013, na weer een nieuwe upgrade van de instrumenten, werd een klein gebied van de Ultra Deep Field opnieuw onder de loep genomen. Dit gebied is bekend als de Hubble eXtreme Deep Field. Astronomen vonden in dit gebiedje nog eens 5.500 sterrenstelsels.

Hubb;e Ultra Deep Field
De Hubble Ultra Deepfield. Sterrenstelsels waar je maar kijkt. (credit: Hubble)

Al met al leiden de waarnemingen van de Hubble telescoop tot een schatting dat er 100 miljard sterrenstelsels zijn in het heelal maar astronomen houden er ernstig rekening mee dat dit er wellicht ongeveer 200 miljard zijn die zichtbaar worden als er nieuwe telescopen in de ruimte worden gebracht.

Welke methode astronomen ook gebruiken, men komt steeds op ongeveer hetzelfde aantal sterrenstelsels uit en dat betekent dat de onderzoeksmethodes kloppen en dat het heelal homogeen is. Deze homogeniteit van het heelal wordt ook wel het kosmologische principe genoemd.

Het kosmologische principe gaat terug naar de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Eén van de bevindingen van deze theorie is dat de zwaartekracht een verstoring is van ruimte en tijd. Met dit gegeven probeerden wetenschappers (inclusief Einstein zelf) te begrijpen hoe de zwaartekracht van invloed is op het gehele universum.

Als je het heelal op grote schaal bekijkt dan ziet het er nagenoeg overal hetzelfde uit, in welke richting je ook kijkt. Dat betekent dat de materie in het heelal, op grote schaal, gelijkmatig is verdeeld. Dit noemen we het kosmologisch principe.

De kosmische achtergrondstraling is hier een goed voorbeeld van. De kosmische achtergrondstraling is een overblijfsel van de begintijd na de Oerknal. Met behulp van speciale satellieten als de WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) hebben astronomen aangetoond dat deze achtergrondstraling nagenoeg overal gelijk is.

het heelal van de WMAP
De kosmische achtergrondstraling in kaart gebracht door de WMAP (credit: NASA)

Veranderd het aantal sterrenstelsels in de tijd?

Metingen van de uitdijing van het heelal – bepaald door de meten snel sterrenstelsels zich van ons vandaan bewegen – laten zien dat het heelal ongeveer 13,82 miljard jaar oud is. Met het ouder worden van het heelal zullen sterrenstelsels zich verder en verder van de Aarde af bewegen en dat zorgt er voor dat ze lastiger zijn te bestuderen.

Het heelal dijt uit met een snelheid die groter is dan de lichtsnelheid (dat gaat niet in tegen de wetten van Einstein omdat die betrekking hebben op de beweging van de objecten in het heelal en niet op de uitdijing van het heelal zelf). Daarnaast neemt de snelheid van de uitdijing toe.

We krijgen nu te maken met wat astronomen het waarneembare heelal noemen – het heelal dat we kunnen zien. Over 1 tot 2 triljoen jaar zullen er sterrenstelsels zijn die te ver weg zijn om waargenomen te kunnen worden vanaf de Aarde. We kunnen alleen sterrenstelsels zien waarvan het licht tijd genoeg heeft gehad om tot bij ons te komen. Dit betekent dus niet dat er niet meer is, vandaar de definitie van het “waarneembare heelal”.

Sterrenstelsels veranderen ook in de tijd. Ons eigen sterrenstelsel ligt op ramkoers met de naaste buur, de Andromeda-nevel. Over ongeveer 4 miljard jaar zullen ze met elkaar in botsing komen en samensmelten. Er ontstaat dan een nieuw sterrenstelsel dat mogelijk weer zal samengaan met andere sterrenstelsels uit de Lokale Groep – de dichtstbijzijnde sterrenstelsels. Bewoners van dat toekomstige sterrenstelsel zullen een veel donkerder heelal zien. Beschavingen die dan ontstaan zullen geen enkel bewijs hebben dat er een heelal was met meer dan 100 miljard sterrenstelsels. Ze zullen de uitdijing niet meer kunnen waarnemen. Ze zullen vermoedelijk niet in staat zijn om te achterhalen dat er ooit een Oerknal is geweest.

Hoe zit het met andere universums?

Er zijn enkele theorieën die zeggen dat bij het opblazen van het huidige jonge universum er een soort van zakken zijn afgescheiden die andere verschillende universums hebben gevormd. Deze verschillende plaatsen zouden met ander snelheden kunnen uitdijen, er zouden andere vormen van materie in voor kunnen komen en er zouden andere natuurkundige wetten kunnen gelden. Als er van dit soort parallelle universums zouden bestaan dan zullen die vast ook wel sterrenstelsels bevatten maar we hebben geen enkele manier om die te kunnen waarnemen. Aannemende dat er parallelle universums zouden bestaan dan ligt het aantal sterrenstelsels vermoedelijk ver boven de 200 miljard.

In ons eigen heelal zullen astronomen na de lancering van de James Webb Telescope beter in staat zijn om het aantal sterrenstelsels te bepalen. Met de Hubble Space Telescope kunnen we sterrenstelsels zien die ongeveer 450 miljoen jaar na de Oerknal zijn ontstaan. De James Webb Telescope, waarvan de lancering gepland staat voor 2018, moeten astronomen kunnen terugkijken tot 200 miljoen jaar na de Oerknal.

James Webb Telescope
Artist impression van de James Webb Telescope in de ruimte (credit: webbtelescope.org)

Astronomen denken dat de aantallen sterrenstelsel niet heel erg veel zullen veranderen omdat de eerste sterrenstelsels zich vermoedelijk pas 200 miljoen jaar na de Oerknal zijn gaan vormen. We kunnen dus wel aannemen dat 200 miljard een hele goede schatting is voor het aantal sterrenstelsels in het waarneembare heelal.

Eerste publicatie: 25 mei 2014
Laatste keer gewijzigd op: 8 oktober 2016