Hoe Sterrenstelsels Werken

{h1}

Sterrenstelsels zijn grote systemen van sterren, gas, stof en donkere materie die om een ​​middelpunt draaien en gebonden zijn aan de zwaartekracht. Meer informatie over de kenmerken van sterrenstelsels.

Wanneer je omhoog kijkt naar de nachtelijke hemel, vooral tijdens de zomer, zie je een vage band van sterren verspreid over het hele midden van de hemel. Deze sterrengroep is onze melkweg, De melkweg. De zon is slechts een van de ongeveer 200 miljard sterren in de Melkweg, dat is slechts een van de miljarden sterrenstelsels in het universum. Een melkwegstelsel is een groot stelsel van sterren, gas (meestal waterstof), stof en donkere materie dat een gemeenschappelijk centrum vormt en door de zwaartekracht is verbonden - ze zijn beschreven als "eilanduniversa". Sterrenstelsels zijn er in vele maten en vormen. We weten dat ze erg oud zijn en vroeg in de evolutie van het universum zijn gevormd. Maar hoe ze zich vormden en evolueerden naar hun verschillende vormen, blijft een mysterie.

Wanneer astronomen met krachtige telescopen de diepste uithoeken van het universum bekijken, zien ze ontelbare sterrenstelsels. De sterrenstelsels zijn ver van elkaar verwijderd en verplaatsen zich voortdurend van elkaar terwijl ons universum zich uitbreidt. Verder zijn sterrenstelsels georganiseerd in grote clusters en andere structuren, die belangrijke implicaties zouden kunnen hebben voor de algehele structuur, vorming en het lot van het universum.

Sommige sterrenstelsels, genoemd actieve sterrenstelsels, stoten enorme hoeveelheden energie uit in de vorm van straling. Ze hebben misschien exotische structuren zoals superzware zwarte gaten in hun midden. Actieve sterrenstelsels vormen een belangrijk gebied van astronomisch onderzoek.

In dit artikel zullen we ontdekken hoe sterrenstelsels werden ontdekt en welke typen bestaan, wat -ze zijn gemaakt, hun interne structuren, hoe ze zich vormen en evolueren, hoe ze worden verspreid over het universum, en hoe actieve sterrenstelsels zou zoveel energie kunnen uitstralen.

-

Helderheid-afstand relatie

Astronomen (professioneel of amateur) kunnen de helderheid van een ster meten (de hoeveelheid licht die deze uitstraalt) met behulp van a fotometer of ladinggekoppelde apparaat aan het einde van een telescoop. Als ze de helderheid van de ster en de afstand tot de ster kennen, kunnen ze de helderheid berekenen - de hoeveelheid energie die het uitstraalt (lichtsterkte = helderheid x 12,57- x (afstand)2-). Omgekeerd, als u de helderheid van een ster kent, kunt u de afstand berekenen.

Galaxy-typen en -onderdelen

Hoe sterrenstelsels werken: sterren

Sterrenstelsels zijn er in verschillende maten en vormen. Ze kunnen maar 10 miljoen sterren hebben of maar liefst 10 biljoen (de Melkweg heeft ongeveer 200 miljard sterren). In 1936 classificeerde Edwin Hubble sterrenstelselvormen in de Hubble-reeks.

  1. elliptische: Deze hebben een zwakke, afgeronde vorm, maar ze zijn verstoken van gas en stof, zonder zichtbare heldere sterren of spiraalpatronen. Ze hebben ook niet galactische schijven, waarover we hieronder meer te weten zullen komen. Hun classificatie varieert van E0 (rond) tot E7 (meest elliptisch). Elliptische sterrenstelsels omvatten waarschijnlijk ongeveer 60 procent van de sterrenstelsels in het universum. Ze vertonen grote variatie in grootte - de meeste zijn klein (ongeveer 1 procent de diameter van de Melkweg), maar sommige zijn ongeveer vijf keer groter dan de diameter van de Melkweg.
  2. Spiraal: De Melkweg is een van de grotere spiraalstelsels. Ze zijn helder en duidelijk schijfvormig, met heet gas, stof en heldere sterren in de spiraalarmen. Omdat spiraalstelsels helder zijn, vormen ze het grootste deel van de zichtbare sterrenstelsels, maar er wordt gedacht dat ze slechts ongeveer 20 procent van de sterrenstelsels in het universum vormen. Spiraalstelsels zijn onderverdeeld in deze categorieën: S0: Weinig gas en stof, zonder heldere spiraalarmen en enkele heldere sterren Normale spiraal: Duidelijke schijfvorm met heldere middelpunten en goed gedefinieerde spiraalarmen. Sa sterrenstelsels hebben grote nucleaire uitstulpingen en strak gewonden spiraalarmen, terwijl Sc sterrenstelsels hebben kleine uitstulpingen en losjes gewikkelde armen. Barred Spiral: Duidelijke schijfvorm met langwerpige, heldere centra en goed gedefinieerde spiraalarmen. SBa sterrenstelsels hebben grote nucleaire uitstulpingen en strak gewonden spiraalarmen, terwijl SBc sterrenstelsels hebben kleine uitstulpingen en losjes gewikkelde armen (recent bewijs suggereert dat de Melkweg een SBc-stelsel is).
  3. Onregelmatig: Dit zijn kleine, zwakke sterrenstelsels met grote wolken gas en stof, maar geen spiraalvormige armen of heldere centra. Onregelmatige melkwegstelsels bevatten een mengsel van oude en nieuwe sterren en hebben de neiging klein te zijn, ongeveer 1 procent tot 25 procent van de diameter van de Melkweg.

Wat zijn de delen van een melkweg?

Spiraalstelsels hebben de meest complexe structuren. Hier is een weergave van de Melkweg zoals die van buitenaf zou verschijnen.

Hoe sterrenstelsels werken: zijn

  1. Galactische schijf: De meeste van de Milky Way's meer dan 200 miljard sterren bevinden zich hier. De schijf zelf is onderverdeeld in deze delen: - Kern: Het midden van de schijf Bulge: Het gebied rond de kern, inclusief de directe gebieden boven en onder het vlak van de schijf Spiraal armen: Deze strekken zich naar buiten uit vanuit het centrum. Ons zonnestelsel bevindt zich in een van de spiraalarmen van de Melkweg.
  2. Bolvormige clusters: Een paar honderd hiervan zijn verspreid over en onder de schijf. De sterren hier zijn veel ouder dan die in de galactische schijf.-
  3. Halo: Een groot, zwak gebied dat de hele melkweg omringt. Het is gemaakt van heet gas en mogelijk donkere materie.

A-II van deze componenten draaien om de kern en worden bij elkaar gehouden door de zwaartekracht. Omdat de zwaartekracht afhangt van de massa, zou je kunnen denken dat de massa van een melkwegstelsel in de galactische schijf of in de buurt van het midden van de schijf zou liggen.Door de rotatiecurven van de Melkweg en andere sterrenstelsels te bestuderen, hebben astronomen echter geconcludeerd dat het grootste deel van de massa in de buitenste delen van de melkweg ligt (zoals de halo), waar er weinig licht wordt uitgestraald door sterren of gassen.

Op de volgende pagina zullen we een wandeling maken door de geschiedenis van sterrenstelsels.

Geschiedenis van sterrenstelsels

Laten we kijken naar de geschiedenis van sterrenstelsels in de astronomie.

  1. De Grieken bedachten de term 'melkwegstelsels' voor 'melkachtige cirkel' bij het beschrijven van de Melkweg. De Melkweg was een zwakke lichtstraal, maar ze hadden geen idee waaruit het bestond.
  2. Toen Galileo met de eerste telescoop naar de Melkweg keek, besloot hij dat het uit vele sterren bestond.
  3. We weten al eeuwen dat ons zonnestelsel zich in de Melkweg bevond omdat de Melkweg ons omringt. We kunnen het het hele jaar door in alle delen van de hemel zien, maar het is helderder in de zomer, wanneer we naar het centrum van de Melkweg kijken. Voor astronomen in de 18e eeuw en eerder was het echter niet duidelijk dat de Melkweg een sterrenstelsel was en niet alleen een sterrenverdeling.
  4. Aan het einde van de 18e eeuw brachten astronomen William en Caroline Herschel de afstanden tot sterren in vele richtingen in kaart. Ze bepaalden dat de Melkweg een schijfachtige wolk van sterren was met de zon in de buurt van het centrum.
  5. In 1781 catalogiseerde Charles Messier verschillende nevels (zwakke plekken van licht) door de lucht en classificeerde een aantal van hen als spiraalvormige nevels.
  6. In het begin van de 20e eeuw heeft astronoom Harlow Shapely de distributies en locaties van bolvormige sterrenhopen gemeten. Hij stelde vast dat het centrum van de Melkweg 28.000 lichtjaren van de aarde verwijderd was, in de buurt van de sterrenbeelden Boogschutter en Schorpioen, en dat het centrum een ​​bobbel was in plaats van een vlak gebied.
  7. Nauwkeurig beargumenteerd betoogde dat de spiraalvormige nevels ontdekt door Messier "eiland-universums" of melkwegstelsels waren (met behoud van de Griekse tekst). Een andere astronoom genaamd Heber Curtis voerde echter aan dat spiraalvormige nevels slechts een deel van de Melkweg waren. Het debat woedde al jaren omdat astronomen grotere, krachtigere telescopen nodig hadden om de details op te lossen.
  8. In 1924 besloot Edwin Hubble het debat. Hij gebruikte een grote telescoop (100-inch diameter, groter dan degene die beschikbaar waren voor Shapely en Curtis) op Mount Wilson in Californië en besloot dat de spiraalnevels structuur en sterren hadden genaamd Cepheit variabelen, zoals die in de Melkweg. (Deze sterren veranderen hun helderheid regelmatig, en de helderheid is direct gerelateerd aan de periode van hun helderheidscyclus.) Hubble gebruikte de lichtkrommen van de Cepheit-variabelen om hun afstand tot de aarde te meten en ontdekte dat ze veel verder weg waren dan de bekende limieten van de Melkweg. Daarom waren deze spiraalnevels inderdaad andere sterrenstelsels buiten de onze.

Er zijn nog steeds veel mysteries rond de formatie van sterrenstelsels, maar op de volgende pagina zullen we enkele van de beste theorieën erover uitleggen.-

Lichtjaren weg

Sterrenstelsels liggen ver uit elkaar. Het Andromeda-sterrenstelsel, dat ook M31 wordt genoemd (Messier-object # 31), is het dichtstbijzijnde sterrenstelsel voor ons - 2,2 miljoen lichtjaar verwijderd. Astronomen meten meestal intergalactische afstanden in termen van megaparsecs:

één parsec = 3,26 lichtjaar

één miljoen parsecs = één megaparsec

-een megaparsec (Mpc) = 3,26 miljoen lichtjaar

De verste zichtbare sterrenstelsels zijn ongeveer 3.000 Mpc verwijderd, of ongeveer 10 miljard lichtjaar.

Galaxy Formation

Hoe sterrenstelsels werken: zijn

We weten echt niet hoe verschillende sterrenstelsels gevormd zijn en hebben de vele vormen aangenomen die we vandaag zien. Maar we hebben wel enkele ideeën over hun oorsprong en evolutie.

  • Kort na de oerknal ongeveer 14 miljard jaar geleden, hadden instortende gas- en stofwolken mogelijk geleid tot de vorming van sterrenstelsels.
  • Interacties tussen sterrenstelsels, met name botsingen tussen sterrenstelsels, spelen een belangrijke rol in hun evolutie.

Laten we kijken naar de periode van vorming van sterrenstelsels.

De waarnemingen van Edwin Hubble en daaropvolgend Hubble Law (wat we later zullen uitleggen), leidde tot het idee dat het universum uitdijt. We kunnen de ouderdom van het universum schatten op basis van de snelheid van expansie. Omdat sommige sterrenstelsels miljarden lichtjaren bij ons vandaan zijn, kunnen we zien dat ze vrij snel na de oerknal zijn ontstaan ​​(terwijl je dieper in de ruimte kijkt, zie je verder terug in de tijd). De meeste sterrenstelsels zijn al vroeg gevormd, maar gegevens van NASA's Galaxy Explorer (GALEX) -telescoop geven aan dat een aantal nieuwe sterrenstelsels relatief recentelijk zijn gevormd - in de afgelopen paar miljard jaar.

De meeste theorieën over het vroege universum maken twee aannames:

  1. Het was gevuld met waterstof en helium.
  2. Sommige gebieden waren iets dichter dan andere.

Aan de hand van deze veronderstellingen geloven astronomen dat de dichtere gebieden de uitzetting enigszins vertraagden, waardoor het gas zich in kleine hoeveelheden kon ophopen protogalactische wolken. In deze wolken deed de zwaartekracht het gas en stof instorten en sterren vormen. Deze sterren brandden snel uit en werden bolvormige sterrenhopen, maar de zwaartekracht bleef de wolken instorten. Toen de wolken instortten, vormden ze roterende schijven. De roterende schijven trokken meer gas en stof met de zwaartekracht en vormden galactische schijven. In de galactische schijf vormden zich nieuwe sterren. Wat aan de rand van de oorspronkelijke wolk overbleef, waren bolvormige sterrenhopen en de halo bestaande uit gas, stof en donkere materie.

Twee factoren van dit proces kunnen de verschillen verklaren tussen elliptische en spiraalvormige sterrenstelsels:

  • Angulair momentum (mate van spin) - Protogalactische wolken met meer impulsmoment zouden sneller kunnen draaien en van spiraalvormige schijven. Langzaam draaiende wolken zouden elliptische sterrenstelsels kunnen hebben gevormd.
  • Koeling: Proto-galactische wolken met hoge dichtheid koelden sneller af, gebruikten al het gas en stof bij het vormen van sterren en lieten er geen toe voor het maken van een galactische schijf (dit is de reden waarom elliptische sterrenstelsels geen schijven hebben). Lage dichtheid proto-galactische wolken koelen langzamer af, waardoor er gas en stof overblijft voor schijfvorming (zoals in spiraalvormige sterrenstelsels).

Hoe sterrenstelsels werken: sterrenstelsels

Sterrenstelsels handelen niet alleen. De afstanden tussen sterrenstelsels lijken groot, maar de diameters van sterrenstelsels zijn ook groot. In vergelijking met sterren bevinden sterrenstelsels zich relatief dicht bij elkaar. Ze kunnen communiceren en, belangrijker, botsen. Wanneer sterrenstelsels botsen, passeren ze elkaar - de sterren binnenin raken elkaar niet vanwege de enorme interstellaire afstanden. Maar botsingen hebben de neiging de vorm van een melkwegstelsel te vervormen. Computermodellen laten zien dat botsingen tussen spiraalstelsels de neiging hebben om elliptische stelsels te maken (dus zijn spiraalstelsels waarschijnlijk niet betrokken geweest bij botsingen). Wetenschappers schatten dat maar liefst de helft van alle sterrenstelsels betrokken was bij een of andere botsing.

Gravitationele interacties tussen botsende sterrenstelsels kunnen verschillende oorzaken hebben:

  • Nieuwe golven van stervorming
  • supernova's
  • Stellaire instortingen vormen de zwarte gaten of supermassieve zwarte gaten in actieve melkwegstelsels

Dus, drijven sterrenstelsels gewoon rond in de ruimte of reguleert een of andere onzichtbare kracht hun beweging? En wat gebeurt er als ze elkaar tegenkomen? Ontdek op de volgende pagina.

Galaxy-distributie

Hoe sterrenstelsels werken: sterren

Sterrenstelsels worden niet willekeurig verspreid door het universum - ze hebben de neiging om te bestaan galactische clusters. De sterrenstelsels in deze clusters zijn door gravitatie gebonden en beïnvloeden elkaar.

  • Rijke clusters bevatten 1.000 of meer sterrenstelsels. Het Supercluster van de Maagd bevat bijvoorbeeld meer dan 2.500 sterrenstelsels en bevindt zich op ongeveer 55 miljoen lichtjaren van de aarde.
  • Slechte clusters bevatten minder dan 1000 sterrenstelsels. De Melkweg en de Andromeda-melkweg (M31) zijn de belangrijkste leden van de Lokale groep, dat 50 sterrenstelsels bevat.

Toen astronomen Margaret Geller en Emilio E. Falco de posities van sterrenstelsels en galactische clusters in het universum uitzetten, werd het duidelijk dat galactische clusters en superclusters niet willekeurig worden verdeeld. Ze zijn echt samengeklonterd wanden (lange filamenten) afgewisseld met vides, wat het universum een ​​spinnenwebachtige structuur geeft.

De intergalactisch medium - de ruimte tussen sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels - is niet helemaal leeg. We weten niet wat de exacte aard van het intergalactische medium is, maar het bevat waarschijnlijk een relatief kleine dichtheid van gas. Het meeste van het intergalactische medium is koud (ongeveer 2 graden Kelvin), maar recente röntgenwaarnemingen suggereren dat sommige delen ervan warm zijn (miljoenen graden Kelvin) en rijk aan metalen. Een van de actieve gebieden van astronomisch onderzoek van vandaag is gericht op het bepalen van de aard van het intergalactische medium - het kan ons helpen erachter te komen hoe het universum precies begon en hoe sterrenstelsels zich vormen en evolueren.

Laten we naar een laatste eigenschap kijken met betrekking tot sterrenstelsels en hun distributies. Voor zijn metingen van galactische afstanden bestudeerde Edwin Hubble de spectra van licht die sterrenstelsels uitstralen. In alle gevallen merkte hij op dat de spectra dat waren Doppler verschoven naar het rode einde van het spectrum. Dit geeft aan dat het object zich van ons verwijdert. Hubble zag dat sterrenstelsels zich, waar hij ook keek, van ons verwijderden. En hoe verder het heelal, hoe sneller het wegging. In 1929 publiceerde Hubble een grafiek van deze relatie, die bekend is geworden als Wet van Hubble.

Wiskundig gezien stelt Hubble's wet dat de snelheid van recessie (V) is rechtevenredig met de galactische afstand (D). De vergelijking is V = Hd, waar H de is Hubble constant, of constante van proportionaliteit. De meest recente schatting van H is 70 kilometer per seconde per megaparsec. De wet van Hubble is een belangrijk bewijs dat het universum uitdijt - zijn werk vormde de basis van de oerknaltheorie van de oorsprong van het universum.

Sommige sterrenstelsels spuwen gassen, zenden intens licht uit en hebben in hun midden superzware zwarte gaten. We zullen vervolgens leren over actieve sterrenstelsels.

Het Doppler-effect

Net zoals het hoge geluid van de sirene van een brandweerwagen lager wordt naarmate de truck wegrijdt, beïnvloedt de beweging van sterren de golflengten van licht die we van hen ontvangen. Dit fenomeen wordt het Doppler-effect genoemd. We kunnen het Doppler-effect meten door lijnen in het spectrum van een ster te meten en deze te vergelijken met het spectrum van een standaardlamp. De hoeveelheid van de Dopplerverschuiving vertelt ons hoe snel de ster ten opzichte van ons beweegt. Bovendien kan de richting van de Dopplerverschuiving ons de richting van de beweging van de ster vertellen. Als het spectrum van een ster wordt verschoven naar het blauwe uiteinde, beweegt de ster zich naar ons toe; als het spectrum wordt verschoven naar het rode einde, beweegt de ster zich van ons af.

Actieve sterrenstelsels

Wanneer je naar een normaal sterrenstelsel kijkt, komt het grootste deel van het licht van de sterren in zichtbare golflengten en wordt het gelijkmatig door de melkweg verspreid. Als je echter een aantal sterrenstelsels observeert, zul je zien dat er intens licht uit hun kernen komt. En als je naar dezelfde sterrenstelsels kijkt in de röntgenstralen, ultraviolette, infrarode en radiogolflengten, lijken ze enorme hoeveelheden energie af te geven, blijkbaar uit de kern. Dit zijn actieve sterrenstelsels, die een zeer klein percentage van alle sterrenstelsels vertegenwoordigen. Er zijn vier classificaties van actieve sterrenstelsels, maar het type dat we waarnemen, kan meer van onze kijkhoek afhankelijk zijn dan structurele verschillen.

  • Seyfert sterrenstelsels
  • Radio sterrenstelsels
  • quasars
  • blazars

Om actieve sterrenstelsels te verklaren, moeten wetenschappers kunnen uitleggen hoe ze zulke grote hoeveelheden energie uit zulke kleine gebieden van de galactische kernen uitstoten. De meest geaccepteerde hypothese is dat in het centrum van elk van deze sterrenstelsels een enorm of superzwaar zwart gat is. Rond het zwarte gat is een accretion disk van snel draaiend gas dat is omgeven door een torus (een donutvormige schijf van gas en stof). Als het materiaal van de aanwasschijf in het gebied rond het zwarte gat valt (de gebeurtenis horizon), het verwarmt tot miljoenen graden Kelvin en wordt versneld naar buiten in de stralen.

Seyfert sterrenstelsels

Ontdekt door Carl Seyfert in 1943, hebben deze sterrenstelsels (2 procent van alle spiraalstelsels) brede spectra die kernen van heet geïoniseerd gas met lage dichtheid aangeven. De kernen van deze sterrenstelsels veranderen om de paar weken de helderheid, dus we weten dat de objecten in het midden relatief klein moeten zijn (ongeveer zo groot als een zonnestelsel). Met behulp van Dopplerverschuivingen hebben astronomen opgemerkt dat de snelheden in het centrum van Seyfert-sterrenstelsels ongeveer 30 keer groter zijn dan die van normale melkwegstelsels.

Radio sterrenstelsels

Radiostelsels zijn elliptisch (0,01 procent van alle sterrenstelsels zijn radiale sterrenstelsels). Hun kernen zenden stralen van gas met hoge snelheid uit (dichtbij de snelheid van het licht) boven en onder de melkweg - de stralen reageren op magnetische velden en zenden radiosignalen uit.

quasars (quasi-stellaire objecten)

Quasars werden ontdekt in de vroege jaren zestig. Er zijn ongeveer 13.000 ontdekt, maar er kunnen er wel 100.000 zijn [bron: A Review of the Universe]. Ze zijn miljarden lichtjaren verwijderd van de Melkweg en zijn de meest energetische objecten in het universum. De extreme helderheid van quasars kan fluctueren over perioden van een dag, wat aangeeft dat de energie afkomstig is uit een zeer klein gebied. Duizenden quasars zijn gevonden en ze worden verondersteld afkomstig te zijn van de kernen van verre sterrenstelsels.

blazars

Blazars zijn een soort actieve melkweg - ongeveer 1.000 zijn gecatalogiseerd [bron: A Review of the Universe]. Vanuit ons oogpunt kijken we 'recht voor zijn raap' naar de straal die uit de melkweg komt. Net als quasars kan hun helderheid snel fluctueren - soms in minder dan een dag.

Neem een ​​kijkje op de links op de volgende pagina voor meer informatie over sterrenstelsels.-

Starburst-sterrenstelsels

De meeste sterrenstelsels hebben lage percentages van nieuwe stervorming - ongeveer één per jaar. Echter, starburst sterrenstelselsproduceer meer dan 100 per jaar. In dit tempo verbruiken starburst sterrenstelsels hun gas en stof in ongeveer 100 miljoen jaar, wat kort is in vergelijking met de miljarden jaren die de meeste sterrenstelsels zijn geweest. Starburst sterrenstelsels zenden hun intense licht uit vanuit een klein gebied met nieuw gevormde sterren en supernovae. Dus, astronomen denken dat starburst sterrenstelsels een korte fase vertegenwoordigen in hoe sterrenstelsels veranderen en evolueren, misschien een fase voorafgaand aan een actieve melkweg.

WordsSideKick.com artikelen

  • Is er een gat in het universum?
  • Hoe Stars werken
  • Hoe de zon werkt
  • Hoe de aarde werkt
  • Hoe Dark Matter werkt
  • Hoe zwarte gaten werken
  • Hoe licht werkt
  • Hoe telescopen werken
  • Hoe de Hubble-ruimtetelescoop werkt
  • Hoe Lunar Liquid Mirror-telescopen werken
  • Als je alle materie in het universum in één hoek zou verplaatsen, hoeveel ruimte zou het dan in beslag nemen?

Video Supplement: Paxi - Het zonnestelsel.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com