Delen:
10 Galactische mysteries van de melkweg
De ruimte is vol met mysteries. Van de vragen die we nog moeten beantwoorden over sterren aan de planeten en manen in ons eigen zonnestelsel, is er veel te verzinnen om gedaan te worden met onze telescopen. Toch zijn sommige mysteries op een nog grotere schaal en de volgende zijn letterlijk galactisch.
10Birthplace Of The Sun
Sterren zoals onze zon worden geboren in clusters met andere vergelijkbare sterren. Deze stellaire broers en zussen vormen uit dezelfde gaswolk, en dus hebben ze dezelfde chemische samenstelling. Toch hebben we 100.000 sterren binnen 325 lichtjaar van de aarde onderzocht en er slechts twee gevonden die nauw aansluiten bij de zon. Onze zon is alleen, wat betekent dat hij 4.5 miljard jaar geleden werd uitgeroeid of uit de cluster werd gedreven.
Een goede kandidaat voor zijn geboorteplaats was Messier 67, een cluster in de constellatie van kanker op ongeveer 2900 lichtjaar afstand. De sterren zijn er een vergelijkbare leeftijd, temperatuur en chemie voor onze zon. Astrofysici van de Nationale Autonome Universiteit van Mexico hebben in 2012 echter simulaties uitgevoerd en vonden dat M67 simpelweg niet werkte.
De zon zou een onwaarschijnlijke uitlijning van verschillende massieve sterren nodig hebben gehad om hem eruit te schoppen, en de noodzakelijke snelheid zou de planetaire schijf uit elkaar hebben gescheurd, waardoor de aarde zich nooit zou vormen. Bovendien is het verticale dobberen van M67 in het galactische vlak vijf keer groter dan dat van de zon, en ze zouden hetzelfde moeten zijn.
Het is mogelijk dat de cluster van de zon gewoon niet meer bestaat, en al zijn neven en nichten zijn uit elkaar gedreven. Een andere hypothese is dat het van dichterbij het centrum van de melkweg kwam, waar veel zonachtige sterren worden gevonden.
De beste kans om het antwoord te achterhalen is de Europese Gaia-satelliet. Gelanceerd in 2013, brengt Gaia de chemische samenstelling van een miljard sterren in kaart. De missie moet klaar zijn in 2018 en geeft ongekende kennis over de evolutie van de melkweg.
9 golven gemaakt van sterren
Ontdekkingen in de astronomie worden vaak niet gemaakt door alleen door een telescoop te kijken en te zien wat er is. Soms produceert een observatorium een breed scala aan gegevens uit een stuk van de lucht, en wetenschappers doen er jaren over om conclusies te trekken uit de informatie. De Sloan Digital Sky Survey is zo'n project. Met behulp van een telescoop in New Mexico heeft het afgelopen decennium 930.000 sterrenstelsels, 120.000 quasars en bijna een half miljoen sterren in de Melkweg doorgebracht.
Aan de hand van deze gegevens merkte een team van astronomen iets op over de verticale verdeling van sterren. Deze klonteren vaak samen en het team zag een patroon in 300.000 sterren dat op een geluidsgolf lijkt. Ze bedachten de term 'cosmoseismology' voor hun paper, wat suggereert dat iets het sterrenstelsel had laten 'bellen als een bel'.
De meest waarschijnlijke verklaring is dat er iets botste en door onze melkweg ging in de laatste 100 miljoen jaar. De onderzoekers waren niet in staat om aan te geven wat het kan zijn, een dwergstelsel of mogelijk een donkere stofstructuur. Het kunnen meerdere gebeurtenissen zijn geweest en ze merken zelfs dat de golf het gevolg kan zijn van iets dat gaande is.
Nogmaals, de onderzoekers hopen dat de miljard sterren die door Gaia in kaart zijn gebracht antwoorden zullen geven. Ze vermoeden dat er een rijk patroon van golfstructuren verborgen is in de hele melkweg, wat een heel nieuw venster in haar geschiedenis zal openen.
8High-snelheid wolken
Hoge-snelheidswolken (HVC's) werden ontdekt in 1963. Deze verzamelingen interstellair gas bewegen in verschillende snelheden en richtingen naar de rotatie van de melkweg, met een snelheid van ten minste 50 kilometer (32 mijl) per seconde. Ze zijn meestal gemaakt van waterstof en men gelooft dat ze uit de intergalactische ruimte in de melkweg vallen. Waar ze vandaan komen, moet echter nog worden opgelost.
Jan Oort, een van de ontdekkers van de wolken, suggereerde dat het gas een overblijfsel is van de vorming van de melkweg. Een andere verklaring is dat gas dat wordt uitgestoten uit de Melkweg terugvalt als een Galactische Bron. Als dit het geval was, zou het opstijgende gas moeilijk te herkennen zijn door al het andere materiaal dat zich in de weg bevindt.
Het materiaal kan afkomstig zijn van objecten in een baan rond onze Melkweg. Een van deze items is Complex H, een kleine melkweg zelf, vermoedelijk in een retrograde baan rond de Melkweg. Terwijl het beweegt, scheidt het gas af in onze Melkweg.
Eén HVC, Smith's Cloud, beweegt zich ongeveer 73 kilometer (45 mijl) per seconde naar de schijf van de Melkweg en zal in ongeveer 27 miljoen jaar samensmelten met onze melkweg. Het traject suggereert dat het al 70 miljoen jaar geleden door de Melkweg is gegaan. Dit had de wolk uit elkaar moeten scheuren, en wetenschappers geloven dat een halo van donkere materie het samen heeft gehouden.
7Magellanic Clouds
Magellanic Clouds zijn melkwegstelsels naar de Melkweg, ontdekt tijdens Ferdinand Magellans baanbrekende reis rond de wereld in de 16e eeuw. De Grote Magelhaense Wolk is 14.000 lichtjaar over en rond 160.000 lichtjaar van de Aarde. De kleine Magelhaense wolk is de helft van de diameter van zijn neef maar 30.000 lichtjaar verder weg. Ter vergelijking, de Melkweg is 140.000 lichtjaar breed.
De wolken zijn 13 miljard jaar oud en werden verondersteld om in de Melkweg rond te draaien. Uit metingen van Hubble blijkt echter dat ze twee keer zo snel bewegen als we aanvankelijk dachten. Als dat het geval is, zou de Melkweg niet groot genoeg moeten zijn om ze in een baan om de aarde te houden. Het uitzoeken of ze in een baan zijn is een nieuw mysterie geworden. Als dat zo is, zou dat betekenen dat de Melkweg twee keer zo groot zou kunnen zijn als eerder werd gedacht.
Of de wolken hier nu zijn om te blijven of er gewoon langs te trekken, ze trekken veel mysteries aan. Wetenschappers hebben onlangs een vier decennium durende vraag opgelost over de bron van de Magellanic Stream, een lint van gas dat zich halverwege de Melkweg uitstrekt.Ze ontdekten dat het merendeel afkomstig was van de kleinere wolk, hoewel de niveaus van zuurstof en zwavel in nieuwere regio's overeenkomen met de grotere wolk.
In 2007 raapte de Australische Parkes-telescoop een golf van radiogolven op terwijl hij de kleine wolk bestudeerde. De kracht achter de ontploffing duidt een extreme gebeurtenis aan, zoals een botsing van neutronensterren of de dood van een zwart gat. Het kwam vrijwel zeker van verder weg dan de wolk, maar de exacte bron blijft een puzzel.
6Galaxy X
De meest populaire astronomische samenzweringstheorie is het bestaan van 'Planet X.' Het suggereert dat een planeet ter grootte van Jupiter om de zon draait in een grillige baan, in het geheim gevolgd door NASA. Hoewel er veel problemen zijn met dat idee, is er een zeer reële mogelijkheid van het bestaan van 'Galaxy X.' Het is een dwergstelsel aan de andere kant van de Melkweg dat we niet kunnen zien vanwege het gas. en stof op de weg. Galaxy X zou tot 85 procent donkere materie zijn.
UC Berkeley theoretische astronoom Sukanya Chakrabarti leidt de jacht. Ze heeft een methode ontwikkeld om donkere sterrenstelsels te vinden door rimpelingen te onderzoeken in de distributie van waterstofgas in spiraalstelsels. Waterstofgas strekt zich tot vijfmaal verder uit het centrum van de melkweg uit dan het gebied dat is bezet met sterren, en daarom draaien banen in een baan om het gas.
Chakrabarti voorspelt dat Galaxy X ongeveer een honderdste van de Melkweg zal hebben. De methode om de verborgen melkweg te vinden is getest op andere sterrenstelsels met een bekende metgezel en kan lichamen net zo tiende zo groot als zelfs dat vinden.
5Het lithiumprobleem
Het lithiumprobleem is een van de langdurige probleempjes van de kosmologie. Lithium is het derde lichtste element in het universum, na waterstof en helium, en modellen van de oerknal voorspellen welke niveaus van die elementen we zouden moeten verwachten te vinden. Die modellen werken voor alles behalve lithium.
In de oudste sterren van de Melkweg bevindt de isotoop lithium-7 zich op ongeveer een derde van de verwachte niveaus. Lithium-6 verschijnt met een snelheid van ongeveer 1.000 keer te veel, hoewel het veel moeilijker is om te tellen.
Geen enkele uitleg heeft gewerkt. Potentiële antwoorden werpen de hoeveelheden andere elementen af. En het probleem is alleen maar moeilijker geworden. Een document uit 2008 astrofysica weerspiegelde de manier waarop kosmologen erover denken met de titel Een bittere pil: het primordiale lithiumprobleem verergert.
Onderzoek dat suggereert dat de vroege melkweg werd bevolkt met microquasars toegevoegd aan de ellende. Deze miniatuur zwarte gaten produceren stralen van superheet plasma met voldoende energie om waterstof in helium te smelten. In 2012 berekende een team uit Zweden en Duitsland dat als 1 procent van de microquasars van de Melkweg lithium-7 produceerde, ze een vergelijkbaar bedrag zouden produceren als verwacht van de oerknal. Kortom, microquasars maken het lithiumprobleem twee keer zo groot.
Een recente verklaring is gebaseerd op het bestaan van axions, een theoretisch deeltje van de donkere materie. Voorspellingen van lithium-7-niveaus zijn afhankelijk van berekeningen van de hoeveelheid licht in het vroege universum. Dit wordt uitgewerkt vanuit de kosmische microgolfachtergrond, die na ongeveer 380.000 jaar verscheen. Axions konden in die tijd fotonen hebben gekoeld, waardoor we de lichtniveaus onderschatten en dus lithium-7 overschatten.
Het is verre van een antwoord, omdat het zou betekenen dat er twee keer zo veel neutrino's bestaan als we nu hebben gedetecteerd. Bovendien zijn axions niet eens de belangrijkste kandidaat om donkere materie te verklaren - en bestaan ze misschien helemaal niet.
4 Galactische warp
In veel sterrenstelsels is het stof en gas tussen de sterren geconcentreerd in een dunne laag. Onze Melkweg is geen uitzondering. "Dun" is natuurlijk relatief - de schijf is op de dunste punten ongeveer 240 lichtjaar dik, maar dat is nog steeds een minuscule fractie van de breedte van de melkweg. We zijn diep ingebed in deze laag, die bijna volledig bestaat uit atomair waterstof en helium.
Hoewel sommige van deze schijven plat zijn, zijn veel van hen gebogen en gebogen. Dit staat bekend als galactische warp. Sommige zien eruit als het integraal-teken dat wordt gebruikt in de calculus of een uitgerekte letter S. Sommigen zijn U-vormig en andere hebben helemaal geen symmetrie. Meerdere dingen kunnen de warps veroorzaken. In feite lijkt het waarschijnlijk dat er een voortgaand proces moet zijn, omdat modellen suggereren dat krommingen van nature zouden afvlakken met de tijd als sterrenstelsels eenvoudigweg op die manier zouden ontstaan.
In de Melkweg is de schijf vlak ten opzichte van het vlak van de melkweg waar we zijn. In de ene richting buigt het naar het noorden van het galactische vlak, terwijl het in de tegenovergestelde richting naar beneden buigt voordat het weer helemaal omhoog krult. In veel opzichten lijkt het op een golf.
Wetenschappers van UC Berkeley konden de warp beschrijven als een combinatie van drie trillingen in de schijf. De eerste is een klapperen aan de randen, gecombineerd met een sinusvormige golf zoals de huid van een trommel en een zadelvormige trilling. Gecombineerd geven ze onze Melkweg een noot 64 octaven onder het midden C.
Ze geloven dat een waarschijnlijke verklaring het gevolg is van het feit dat de Magellanic Clouds door de donkere materie-halo rond de Melkweg ploegen. De interactie van de wolken werd eerder verdisconteerd omdat men dacht dat ze te weinig massa hadden om de warp te veroorzaken. De onderzoekers suggereren dat een trilling in de halo terwijl de wolken er doorheen bewegen, vergelijkbaar met het zog van een schip, door de melkweg zou kunnen resoneren en de schijf zou doen vervormen.
3Diffuse interstellaire banden
Sinds de ontdekking in de 19e eeuw is spectroscopie een van de belangrijkste technieken in de astronomie geweest. Het omvat het onderzoeken van de golflengte van straling van objecten in de ruimte om erachter te komen, onder andere, waaruit ze zijn gemaakt.Elk atoom en molecuul absorbeert verschillende golflengten van licht. Door de patronen in licht te onderzoeken die ons bereiken, kunnen we uitvinden waar het doorheen is gegaan.
In 1922 observeerde astronoom Mary Lea Heger bands die overeenkwamen met niets dat we wisten. Wetenschappers concludeerden dat deze bands het resultaat waren van iets in de interstellaire ruimte, maar ze hadden geen idee wat.
Honderden van de banden zijn ontdekt in het infrarode, ultraviolette en zichtbare spectrum. De oorzaak van deze diffuse interstellaire banden werd het 'klassieke spectroscopische probleem van de 20e eeuw'. Boeken waren gevuld met speculatie, die "alle denkbare vormen van materie" omvatte. Grote koolstof-gebaseerde moleculen zijn de meest waarschijnlijke kandidaat, en ze kunnen als volgt bevatten: ongeveer 10 procent van de koolstof van de melkweg.
In 2011 werden voor de eerste keer diffuse interstellaire bands gevonden in de richting van de kern van de Melkweg. Dit biedt een aanwijzing: het betekent dat de moleculen klaarblijkelijk de barre omgeving van het centrum van onze melkweg kunnen weerstaan. De nieuwe banden werden ook verder in het infraroodspectrum gevonden dan ooit tevoren.
Thomas Geballe, een astronoom die op Hawaii werkt, hoopt dat de nieuwe observaties de wetenschappelijke gemeenschap dichter bij een antwoord kunnen brengen. De moleculen kunnen eigenlijk een aanwijzing geven voor de oorsprong van het leven, omdat de banden kunnen komen van complexe chemische stoffen die hebben geholpen de aarde te kiemen.
2Hypervelocity sterren
De meeste sterren draaien rond het galactische centrum met ongeveer dezelfde snelheid als onze zon, ongeveer 230 kilometer (143 mijl) per seconde. Toch reizen sommige sterren, ongeveer een op elke miljard, drie keer sneller dan dat. Ze staan bekend als hypervelocity-sterren. De eerste werd ontdekt door astronomen van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in 2005, maar we hebben sindsdien tientallen gevonden.
Het interessante aan hen is dat ze zo snel bewegen dat ze helemaal uit de baan van de melkweg kunnen ontsnappen. Het mysterieuze aan hen is de bron van deze snelheid.
Een van de snelst ontdekte, HE 0437-5439, wordt verondersteld een ingewikkeld verleden te hebben. De theorie is dat een drievoudig sterrensysteem door het centrum van de melkweg ging, toen het centrale zwarte gat een ster eruit scheurde. Dat schopte de andere twee weg, die later samensmolten tot de superkoude blauwe gigant die met een snelheid van 2,5 miljoen kilometer (1,6 miljoen mijl) per uur uit de Melkweg schiet.
De dichtstbijzijnde ster met hyperverschijnselen naar de aarde, LAMOST-HVS1, is mogelijk ook opgestart door een interactie met het centrale zwarte gat. Maar het kan van de schijf komen, wat wijst op een zwart middengat in onze Melkweg. Ze bevinden zich ergens tussen superzware zwarte gaten en die van stellaire massa. Er is er maar één ooit waargenomen en het zit niet in onze Melkweg.
1Willman 1
In 2004 vond een team van astronomen van de Universiteit van New York een ongewoon object toen ze gegevens van de Sloan Digital Sky Survey onderzochten. Ze waren op zoek naar duistere sterrenstelsels naar de Melkweg, maar wat ze vonden paste niet in de melkwegdoos. In feite paste de groep sterren helemaal niet in een doos.
Het werd SDSSJ1049 + 5103 of kortweg Willman 1 genoemd. Het cirkelt rond 120.000 lichtjaren van de Melkweg. Het kan een dwergsterrenstelsel zijn, of mogelijk een bolvormige cluster, maar er zijn problemen met beide theorieën. Bolvormige clusters hebben meestal enkele honderdduizenden sterren, terwijl Willman 1 minder dan duizend heeft. Het kan een cluster zijn van een kleiner sterrenstelsel, beschreven door een fysicus die meeloopt in onze melkweg "als een kleine mijt die op een vlo rent terwijl hij op zijn beurt op een enorme hond grindt."
Als het een melkweg is in plaats van een cluster, kan dat een roet in het eten gooien voor een andere theorie. Computersimulaties van de oorsprong van de Melkweg wijzen erop dat er honderden kleinere sterrenstelsels in de buurt zouden moeten zijn, maar er zijn er slechts 20 gevonden. Een verklaring hiervoor was dat een massa van minder dan 10 miljoen zonnen te klein is om veel sterren te produceren, waardoor de sterrenstelsels onzichtbaar worden.
Verdere observatie van Willman 1 suggereert dat zijn massa slechts ongeveer een half miljoen zonnen is, ruim onder die limiet. Het is mogelijk dat er in Willman 1 geen melding is gemaakt van donkere materie of dat er een massa is weggestript. Hoe dan ook, het is een groep sterren die op dit moment veel meer vragen dan antwoorden oplevert.