melkwegstelsel

Look at the future of the Milky Way

Hoe ziet onze Melkweg er over vele miljarden jaren uit? Op ongeveer één miljard lichtjaar afstand bevindt zich het grootste sterrenstelsel in het zichtbare universum, het elliptische stelsel IC1101. Dit enorme stelsel, duizenden keren zo groot als de Melkweg, toont de verre toekomst van onder meer ons Melkwegstelsel.

Ons sterrenstelsel zal steeds meer kleinere sterrenstelsels opslokken en uiteindelijk samensmelten met nog grotere stelsels. Uiteindelijk zal wat er dan nog van de zon over is, deel uitmaken van een gigantisch elliptisch spiraalstelsel. Hopelijk slaagt de mensheid er voor die tijd in, naar een ander heelal te ontsnappen.

Astronomische opname van
IC-1101. Bron: David A. Aguilar (CfA)

'Wandering stars spread life to other galaxies'

We now know that large numbers of stars are being thrown into intergalactic space at very high speeds. Would this explain how life came to be on earth?

Milky Way Center: ideal distribution ground for life
About 26,000 light-years away is the Milky Way's central black hole, around which the rest of the galaxy orbits. The star density in this region is enormous: whereas in the vicinity of the Sun stars are on average a few light years apart, the distances in the densely populated core of the Milky Way are much smaller: an average of 100 stars per cubic parsec, which equates to an average distance of less than 0.8 light years between stars. At these short distances, the Oort clouds around these stars will constantly exchange debris; According to some estimates, the outer edge of the Oort cloud around the sun is about a light-year in diameter. So the chances are much greater than here, in the outer reaches of the Milky Way, that life can move from one planetary system to another.

Earlier building blocks for life present
Another argument is that the "metal-rich" Population I stars in the center of the Milky Way are rich in atoms heavier than hydrogen and helium. Shortly after the creation of the universe, only hydrogen, the extremely inert noble gas helium and a trace of lithium existed. This makes three chemical connections possible: molecular hydrogen (H.2), metallic lithium (Li) and lithium hydride (LiH). Far too little for any kind of chemistry-based life.

The many star explosions make the center of the Milky Way less hospitable to complex life, but single-celled organisms would feel at home there. Source / copyright: dailygalaxy.com

Life can only arise when carbon, oxygen and nitrogen have formed. These arose after supernovae, which occurred much more in the dense center of the Milky Way than in the spiral arms. Thus, the conditions for the origin of life existed there billions of years earlier than here on the periphery. The cores of very distant galaxies, whose light dates from just after the creation of the universe, already show large quantities of heavier elements, even more than those of the sun (!) [1]. So there was a lot of opportunity for life to form in this environment.

Survive star explosions by bacteria
Some authors have called the galactic center an unlikely place for complex life to form, precisely because of these frequent deadly star explosions [2]. Simple life forms such as bacteria, however, are effectively protected by a thick layer of water, which is abundant on ocean worlds and ice planets. On Earth, bacteria are found in the Earth's crust, it seems, up to 20 kilometers deep [3]. The story is therefore very different for bacteria. The oldest traces of life found on Earth are from prokaryotes, unicellular organisms without a nucleus. These, we know, can survive very well on an Earth-like planet or ice planet in the galactic center.

Wandering stars as seeders of life
We now know very large numbers of stars are being hurled from the Milky Way. In fact, according to some estimates, there are more stars in intergalactic space than in galaxies.
Some stars that rotate around the black hole in the center of the Milky Way, such as the star S2, relativistic speeds of (at S2) 1.67 percent the speed of light. Enough to escape the Milky Way's gravitational field, and certainly enough to reach, for example, the region of the Sun, provided there was some mechanism that would allow them to free themselves from the black hole's gravitational field. Astronomers Loeb and Guillochon think they have found such a mechanism [4]. The Milky Way is constantly consuming smaller galaxies. When the central black hole meets that of the Milky Way, the orbits of the stars orbiting it become unstable. These are sometimes thrown away at speeds that can amount to tens of percent of the speed of light. You can observe this effect yourself, if you are in a gravity simulator, for example this one, two stars each with a planetary system approach each other.
These stars can also be seen in intergalactic space, as they approach the end of their existence in the Main Sequence and, exhausted, turn into red giant [5].
In principle, this makes it possible for stars to travel from one galaxy to another, with in their wake a swarm of icy debris that may harbor life. An interesting theory. Could life have come from outside the Milky Way?

Sources
1. Y. Juarez et al., The metallicity of the most distant quasars, A&A 494, L25-L28 (2009), DOI: 10.1051 / 0004-6361: 200811415
2. Charles H. Lineweaver et al., The Galactic Habitable Zone and the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way, published in Science (2004)
3. Philippa S. Stoddard et al., Light carbon stable isotopes in aragonite veins, Lopez Island, WA: evidence for deep life ?, Geological Society of America Annual Proceeding, 2014
4. James Guillochon and Abraham Loeb, The Fastest Unbound Stars in the Universe, ArXiv preprint server (2014)
5. James Guillochon and Abraham Loeb, Observational Cosmology With Semi-Relativistic Stars, ArXiv preprint server (2014)


Also read:

Did the solar system originate from the center of the Milky Way?
Found wandering stars in intergalactic space
Cosmic ocean discovered

Video: the demise of our Milky Way

Over twee tot vijf miljard jaar komt ons Melkwegstelsel in botsing met het Andromedastelsel, na eerst een dans des doods te hebben uitgevoerd. Astronoom Simon Portegies Zwart van de sterrenwacht van de Leidse Universiteit maakte deze spectaculaire computeranimatie. Hoe overleven onze verre nazaten de vernietiging van de Melkweg?

Het goede nieuws is dat beide sterrenstelsels zeer ijl zijn. Sterren bevinden zich gemiddeld op enkele lichtjaren afstand, wardoor de kans op kosmische ongelukken vrij klein is. Er zal een tijdelijke golf van stervorming optreden. Wel zullen hoogstwaarschijnlijk op den duur door het samengaaan van beide sterrenstelsels de zwarte gaten in het centrum gaan samensmelten, een zeer energierijk proces. Ook zullen door de turbulente zwaartekrachtsvelden sterren niet meer regelmatige banen rond het middelpunt afleggen, waardoor de kans op ontwichtende ontmoetingen met andere sterren sterk toeneemt.

Uiteindelijk zal zich volgens de heersende astronomische theorieën een ellipsvormig stelsel vormen.

Ander goed nieuw is dat astronomische processen op deze schaal zeer traag verlopen. Dit filmpje toont meer dan een miljard jaar per minuut. Dreigt een onzachte confrontatie met een zwervende ster, dan zijn er vele duizenden jaren om een oplossing te vinden en in praktijk te brengen.

Kortom: al weer een goede reden om de aarde te verlaten.

Mysterious radio waves in galaxy nearby

Radiosignalen van een onbekend object in het “nabije” (nog altijd 16 miljoen lichtjaren ver weg) sterrenstelsel M82 doken tussen 25 april en 3 mei 2009 opeens op. Opmerkelijk is dat de radiogolven op niets lijken dat tot nu toe waar dan ook in het heelal is waargenomen.

Een mysterieuze radiobron in sterrenstelsel M82 bezorgt astrofysici zware hoofdbrekens.

“We weten niet wat het is,” aldus ontdekker Tom Muxlow van het Jodrell Bank Centre for Astrophysics bij het Engelse Macclesfield. Het object verscheen in mei 2009, terwijl Muxlow en collega’s toevallig in het Sigaarstelsel M82 een niet-verwante sterexplosie bestudeerden met het MERLIN netwerk van twintig gekoppelde radiotelescopen over de hele wereld. Een heldere radiobron dook op in slechts enkele dagen – zeer snel naar astronomische begrippen. Sindsdien is de bron onveranderd actief – wat astrofysici voor een raadsel stelt. Het gebrek aan verandering sluit uit dat het om een supernova gaat – een opflakkerende puls die ontstaat in enkele weken, waarna deze in de loop van enkele maanden afzwakt. Ook andere radiofenomenen tonen variatie in helderheid of frequentie.

‘Sneller dan het licht’
Toch lijkt de bron extreem snel te bewegen. De schijnbare snelheid in zijwaartse richting is vier keer die van licht. De verleiding is aanwezig dit te interpreteren als een buitenaards sterrenschip, maar dit optische effect is waarschijnlijk het gevolg van de relativistische beweging in onze richting met bijna de snelheid van het licht.

Zwart gat?
Het object ligt niet in het centrum van M82, de meest logische plaats voor een galactisch zwart gat. Astronomen veronderstellen daarom dat dit een zogeheten microquasar is, een zwaar zwart gat dat zich gedraagt als een miniatuur quasar: de zwarte gaten in jonge sterrenstelsels. Een microquasar wordt gevormd als een zeer zware ster explodeert. Dit laat een zwart gat achter met tien tot twintig maal de massa van de zon, dat voortdurend het gas van een begeleidende ster opslurpt.
Microquasars zenden radiostraling uit, maar geen microquasar is zo helder als deze nieuwe bron in M82. Ook produceren microquasars grote hoeveelheden röntgenstraling, welke ontbreekt aan dit mysterieuze object. Tom Muxlow vermoedt dat  het toch om een zwarte-gat achtig zwaar object gaat, zij het in een zeer ongebruikelijke omgeving. Wellicht treedt dit verschijnsel ook op in onze eigen Melkweg, maar veel vaker in M82. M82 is namelijk een ‘starburst galaxy’, een zeer actief sterrenstelsel waar zich met grote regelmaat zeer zware sterren vormen (die door hun gewicht uiteindelijk vaak tot een zwart gat ineenstorten).

Sources
Mystery object in starbust galaxy M82 possible microquasar – Jodrell Bank Observatory
Tom Muxlow et al., Discovery of an unusual new radio source in the star-forming galaxy M82: Faint supernova, supermassive blackhole, or an extra-galactic microquasar?, ArXiv (2010)

Video: This is how our Milky Way was formed

De Universiteit van Zürich zette deze spectaculaire animatie in elkaar die in grote lijnen laat zien hoe ons melkwegstelsel (en andere spiraalstelsels) zich uit de overblijfselen van de primordiale gaswolk vormden.

Het is ook duidelijk te zien waarom het leven zich relatief pas zo laat ontwikkelde: de omgeving in de eerste miljarden jaren was te chaotisch. Nog een interessant weetje: deze conmputersimulatie kostte acht maanden op een supercomputer. Ditzelfde programma op een standaard pc laten draaien zou naar schatting 570 jaar kosten.

‘Honderdduizend zwerfplaneten per ster in Melkweg’

Niet alleen bevinden zich in de Melkweg tweehonderd miljard sterren, per ster zijn er naar schatting ook tienduizenden malen zoveel hemellichamen, variërend van forse Jupiter-achtige planeten tot objecten iets kleiner dan Pluto, stellen vier astronomen in een preprint. Zou het leven hier ontstaan zijn?

Leven op zwerfplaneet?
Tot voor kort werd gedacht dat leven alleen op aardachtige planeten voor zou kunnen komen. Alleen op een planeet met aardachtige temperaturen kan er immers vloeibaar water bestaan en hiermee leven. De laatste decennia zijn er echter een aantal baanbrekende ontdekkingen gedaan van bacteriën die het op “onmogelijk” geachte plaatsen prima uithouden. Zo zijn er bacteriën die gedijen in oververhit kokend water in vulkanische bronnen in de diepzee, rotsbewonende bacteriën, eencelligen die in een extreem zuur milieu overleven, arsenicumbacteriën en (bacterieachtige) archaeae die ver onder nul nog groeien. Veel van deze omstandigheden komen ook op andere planeten dan de aarde voor. Een grote zwerfplaneet met veel radioactief materiaal in de kern, kan voor vele miljarden jaren warm blijven onder een dikke ijslaag en hiermee diep onder het ijs een gastvrije plek bieden voor eenvoudige levensvormen.

Een Y-dwerg, de kleinste en koudste ster denkbaar. Deze bruine dwergen zijn zwaarder dan 13 Jupitermassa’s. Bron: Wikipedia

Hoeveel zwervende objecten zijn er in de Melkweg?
De Melkweg houdt ontelbare objecten in haar immense zwaartekrachtsveld gevangen. Deze variëren in grootte van reuzensterren tot subatomaire deeltjes.
Sterren geven licht en zijn hiermee het eenvoudigst te vinden. Door de sterren in onze directe omgeving te tellen en hun absolute helderheid te berekenen, kunnen astronomen een globale schatting maken van hoeveel sterren er in totaal in onze Melkweg zijn. Dit getal ligt rond de tweehonderd tot vierhonderd miljard. De meeste van deze sterren behoren tot de kleinste soort: rode dwergen.

Onzichtbare zwerfplaneten vinden
Hemellichamen onder een twintigste zonsmassa zijn niet zwaar genoeg om waterstof te fuseren en zenden alleen nog zwakke straling uit, afkomstig van de fusie van deuterium. Deze zogeheten bruine dwergen, zijn de koelste sterren bekend met temperaturen tot soms onder de dertig graden. Onder de dertien Jupitermassa’s stopt ook de fusie van deuterium. Nu spreken we van gasreuzen. Gasreuzen en kleiner zijn alleen waar te nemen door het licht dat ze weerkaatsen, hun zwaartekrachtsinvloed of door sterbedekkingen. Om die reden zijn er alleen exoplaneten gevonden rond sterren. Wel vinden er voortdurend raadselachtige sterbedekkingen plaats. Klaarblijkelijk bevinden er zich in het heelal talloze zwervende objecten die geregeld voor sterren langs trekken.

Hergebruik van Kepler-data
De astronomen Louis E. Strigari, Matteo Barnabè, Philip J. Marshall, Roger D. Blandford stellen voor hiervoor de data van de Keplersatelliet te gebruiken. Kepler neemt honderdduizenden sterren tegelijk waar en probeert zo sterren met planeten op te sporen. Als een planeet periodiek rond een ster beweegt, precies tussen de satelliet en de ster, vindt er een geregelde sterbedekking plaats. Echter: Kepler neemt ook zeer vele onregelmatige sterbedekkingen waar, die dus niet aan een exoplaneet zijn te koppelen. Om ook zeer snel bewegende zwerfobjecten te ontdekken, is een satelliet nodig die ook zeer kort durende sterbedekkingen waar kan nemen. Aan de hand van de snelheidsverdeling en frequentie van sterbedekkingen kan vervolgens een ruwe schatting worden gemaakt van hoeveel zwervende objecten er zich tussen de sterren bevinden. De voorlopige schatting van de astronomen: enkele tienduizenden per optisch waarneembare ster. Kortom: er is nog heel veel te ontdekken.

Source:
Louis E. Strigari et al., Nomads of the Galaxy, ArXiv (2012)

Stars that cannot exist

Onderzoekers hebben met de NASA -ruimtetelescoop GALEX sterren ontdekt op plaatsen waar ze helemaal niet gevormd kunnen worden volgens de gangbare theorie. Astronomen ontdekken dat het heelal veel spannender en mysterieuzer is dan we tot nu toe dachten.

Leven waar niemand het verwachtte
In de jaren zeventig deden biologen een ongelofelijke ontdekking. In bijna kokend water in vulkanische bronnen van de supervulkaan Yellowstone, kortom een omgeving die wordt gebruikt om voedingsmiddelen te steriliseren, bleken nieuwe, nog onbekende organismen voor te komen met DNA dat sterk afweek van de tot dan toe bekende bacteriën. Toen onderzoekers eenmaal op onverwachte plaatsen begonnen te zoeken, doken deze ‘extremofielen’ overal op. In het binnenste van kerncentrales, in kilometers diep ijs en in van zware metalen vergeven water dat chemisch het meeste weg heeft van verdund zwavelzuur. Nu weten we dat deze archaeae, met bacteriën en organismen met een celkern – de drie verschillende hoofdtakken van het rijk van het leven vormen (als het hierbij blijft, uiteraard).

Stervorming op onverwachte plaatsen
De gangbare wijsheid leert dat stervorming alleeen daar optreedt waar er voldoende galactisch gas aanwerzig is. Immers: gaswolken moeten samentrekken en hun zo opgewekte warmte effectief kunnen lozen voor ze een ster kunnen vormen. Gaswolken, zeker het zeer ijle gas tussen de sterren, laat staan dat buiten de melkwegstelsels, trekken niet zomaar samen. Atomen en moleculen gedragen zich namelijk net zo als grotere voorwerpen onder invloed van een zwaartekrachtsveld: ze draaien in een elliptische baan om een zwaartekrachtsbron. Allen als ze energie verliezen, bijvoorbeeld door botsingen of afremming door het uitzenden van fotonen in een magnetisch veld, spiralen ze naar binnen. Omdat interstellaire gaswolken zo extreem dun zijn is er vrijwel niets om ze af te remmen. Dachten astronomen.

Vandaar dat het GALEX -team voor een complete verrassing kwam te staan. Er blijken namelijk wel degelijk sterren op te duiken waar niemand ze verwacht. “Een zeer verrassende ontwikkeling”, aldus de bij GALEX betrokken onderzoekster Susan Neff van het Goddard Space Center. De afbeelding rechts laat de immense stervormingsgebieden rond het spiraalstelsel  M83 zien. Hierbij zijn radio- en UV waarnemingen over elkaar gelegd (linker afbeelding) en wat een optische telescoop laat zien rechts.

Speciale waarneming van jonge sterren
GALEX, de “Galaxy Evolution Explorer,” is een UV-ruimtetelescoop, gelanceerd in 2003, die vooral gevoelig is voor het specifieke type UV-straling dat zeer jonge (T Tauri-) sterren afgeven.  Dit betekent dat GALEX stervorming waar kan nemen tot op meer dan zes miljard lichtjaar afstand, toen het heelal minder dan half zo oud was als nu.

Onverwachte kraamkamers ontdekt
We weten al dat in de spiraalarmen van de Melkweg veel stervorming plaatsvindt. Hierin bevindt zich veel gas, waaruit zich nieuwe sterren kunnen vormen. Kortom: de ideale sterrenkraamkamer. Maar lang niet de enige kraamkamer, zo blijkt nu. Zo blijken zich ver van de zichtbare spiraalarmen ook sterren te vormen. Merkwaardig, immers de gasdichtheid zou hier veel te klein moeten zijn voor sterren. Kortom: deze sterren zijn de astronomische equivalenten van Conan de Bacterie en andere extremofielen. De teamleden waren dan ook stomverbaasd.

Overzicht met bizarre plekken waar zich sterren vormen

  • in elliptische en onregelmatige melkwegstelsels waarvan tot nu toe gedacht werd dat ze nauwelijks gas bevatten
  • de gasresten van botsende melkwegstelsels
  • in de komeetachtige staart die snelbewegende melkwegstelsels achterlaten
  • in koele oergaswolken, die maar net zwaar genoeg zijn om niet uit elkaar te vallen.

Hoe kunnen deze sterren zich vormen?
Uiteraard plaatsen deze bizarre sterren astronomen voor een pittige uitdaging. Hoe kunnen zich in deze extreme omstandigheden sterren vormen? Waarschijnlijk hebben we nog maar het topje van de ijsberg ontdekt op het gebied van kosmische fenomenen. Zullen deze bizarre sterren de astronomie op zijn kop zetten, net als de extremofielen dat deden met de evolutiebiologie? Die kans is, denken de onderzoekers, terdege aanwezig….

Source:
NASA, Stellar extremophiles

Will Betelgeuse become a supernova?

A star as bright as the full moon for at least a year. This spectacular prospect offers the red giant star Betelgeuse, which is about to explode. In the past fifteen years something very strange has happened ...

Betelgeuse: more than a thousand times the size of the sun
Stars come in all sizes. The smallest stars in which hydrogen can still fuse to form helium, red dwarf stars, are about 0.05 times that of the Sun and last a very long time: thousands of billions of years. At the other end of the spectrum are the monstrously large ones Wolf Rayet stars from above twenty solar masses, which explode with a devastating explosion after a few million years at the most: a hypernova. Betelgeuse, the brightest star in the constellation of Orion and therefore known to astronomers as Alpha Orionis, is a star ten times the mass of the sun. The star is about 500 to 800 light years away. If Betelgeuse were in the place of the sun, the star would reach the orbit of Jupiter. Betelgeuse is one of the few stars that is so large that it can be seen as a slice in medium-sized telescopes. Incidentally, the gas from Betelgeuse is very thin. The star contains just over ten solar masses of gas in a very large volume.

Betelgeuse is about to explode. However, astronomers have not yet figured out whether that will be 100,000 in 2011 or only after the year ...

'Giant star shrinks'
Astronomical observations show that Betelgeuse has shrunk in size by ten to fifteen percent in the last ten years. According to some astronomers, this is a periodic phenomenon. Other astronomers think that the nuclear fusion reactions in the core will temporarily stop until the star has switched to a heavier nuclear fuel - which burns up much faster due to the higher temperature. Betelgeuse is a red giant. That means that the hydrogen has already been exhausted and the star is now burning helium or an even heavier element. We do not yet know where exactly Betelgeuse is located in this cycle, because the outermost layer, which we can see alone, still consists of hydrogen. If that element is carbon, oxygen or neon, the end could come soon. Each star is a balance between radiation pressure and gravity. If the radiation pressure drops, the star collapses until a new nuclear reaction starts or one supernova arises. For the latter, Betelgeuse is heavy enough.

What happens if Betelgeuse turns into a supernova?
When all the fuel is burned up, the star will begin to collapse due to gravity. Unlike a planet, which spins undisturbed for billions of years, the gas particles in the star constantly collide with each other and the star emits radiation, causing it to shrink. As a result, the star collapses rapidly, causing extremely high temperatures - the released gravitational energy - partially burning up the outer layers in one fell swoop, causing a massive explosion: the supernova. The fierce nuclear reactions in the star - many short-lived radioactive isotopes are released - are long lasting, making the star as bright as the full moon for a year.

Betelgeuse could explode in a few months or only in a hundred thousand years. We do not know. However, the chance is almost one that between now and a hundred thousand years in the future the star will become a supernova. Fortunately, Betelgeuse is far removed from us. Had Betelgeuse been closer than twenty light years to us, the strong gamma rays released would have turned our atmosphere into a suffocating brown smog of nitrogen oxides. Now we will notice little more of it than a spectacular sight in the night.

Also read: Cosmic catastrophe in the making? and Supernovae and Hypernovae: Cosmic Hydrogen Bombs

Source
Betelgeuse about to blow? - Nature Blog (2009)

Cannibalism: Milky Way swallowed black hole galaxy ten million years ago

The Milky Way looks like a beautiful, calm disk of stars, but appearances can be deceiving. At the heart of the Milky Way is a supermassive black hole. As it turns out, this black hole must have swallowed the core of a small galaxy about ten million years ago. Indeed, there are traces of recent cannibalism.

Forensic evidence

Are these enigmatic Fermibelles the death cry of another galaxy? Source: NASA

For starters, there is the recent discovery of two giant bubbles of gamma-ray gas, about 60,000 light-years north and south of the galactic center. No one knows yet what caused these huge “Fermi Bubbles”. However, they resemble the type of jets ejected by active galaxies.

Then there is an enigmatic fierce star shape going on near the black hole at the center of the Milky Way. In theory, massive gravity is supposed to pull gas clouds apart, but in reality, in the center of the Milky Way there are three huge gas clouds in which tens of thousands of stars are born. And there is something else going on: in the center there are hardly any old stars. Strange, because elsewhere in the Milky Way it is full of that.

Furthermore, there is a mysterious fluorescent glow of iron ions in a gas cloud near 'our' black hole. Almost certainly an echo of bright gamma rays released a few hundred years ago as seen from Earth. A few centuries ago the center was therefore much more active than it is now.

Galactic drama
Meagan Lang of Vanderbilt University in Nashville, Tennessee and a number of colleagues say they have the explanation: galactic cannibalism. A small dwarf galaxy has been swallowed up by the Milky Way, along with the central black hole of 10,000 times the mass of the Sun. Large, but only one-thousandth the size of our “own” black hole. In its fateful fall, this black hole hurled most of the older stars away from 'our' black hole. Most of the gas and dust was swallowed up by our black hole - creating the two Fermi bubbles of gamma rays. The rest of the dust turned into a turbulent vortex, perfect conditions for a starburst.

According to Lang and colleagues, the amalgamation must have started billions of years ago. The final act, in which the other black hole was eventually swallowed up by our own, took place about ten million years ago. This has really delivered a huge spectacle for radio astronomers and the like. The theory has not yet been fully proven. Other explanations are also conceivable. Although this statement is quite convincing.

Source:
Lang et al., Can A Satellite Galaxy Merger Explain The Active Past Of The Galactic Center? - Arxiv.org [2011]

Are aliens making a wormhole in the center of the Milky Way?

De zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels draaien steeds sneller, blijkt uit waarnemingen. Dat gebeurt niet zomaar. Wat is hier aan de hand? Misschien is dit het eerste teken van een buitenaardse beschaving…

Centraal zwart gat
Elk sterrenstelsel, van groot elliptisch stelsel tot dwergstelsel, beschikt over een groot zwart gat in het centrum. Dit zwarte gat is in het geval van de Melkweg miljoenen zonsmassa’s groot. Om dit zwarte gat draaien grote hoeveelheden sterren. In het verre verleden deden zich grote explosies voor en was het zwarte gat veel actiever dan nu. Wij nemen dit waar als quasars, die op miljarden lichtjaren afstand van ons staan (dus weergeven hoe melkwegstelsels er miljarden jaren geleden uitzagen). Op een gegeven moment was de materie rond de quasar uitgeput en kwam de actieve kern tot rust: het stadium waarin de Melkweg zich nu bevindt. Het zwarte gat in het centrum van de Melkweg, de radiobron Sagittarius A * onderscheidt zich nu door de radiostraling die de directe omgeving uitzendt en uiteraard door de zwaartekrachtswerking op de omringende sterren en andere materie.

Het centrum van de Melkweg, gefotografeerd door de IR-telescoop Spitzer.

Zwarte gaten roteren steeds sneller
Dr. Martinez-Sansigre en hoogleraar Rawlings ontdekten dat de zwarte gaten in het centrum van melkwegstelsels over het algemeen steeds sneller zijn gaan draaien. Toen het heelal half zo oud was als nu, draaiden zwarte gaten nauwelijks. Nu draait een percentage van de zwaarste centrale zwarte gaten zeer snel.  Zij schrijven dit toe aan een of meerdere fusies van centrale zwarte gaten als twee melkwegstelsels in botsing komen (1).

Wormgaten, singulariteit en reizen door zwarte gaten
Vlak bij en binnen de waarnemingshorizon van een zwart gat gebeuren er vreemde dingen met ruimtetijd. Ruimte en tijd wisselen van karakter: ruimte krijgt een tijdachtige aard en andersom. De eigenschappen van zwarte gaten worden nog interessanter als ze zeer snel rond gaan draaien (Kerr- of Kerr-Newman zwarte gaten). Er vormen zich dan twee gebeurtenishorizons: de buitenste en de binnenste (Cauchy) gebeurtenishorizon. In de binnenste gebeurtenishorizon krijgen ruimte en tijd weer hun normale rol. Volgens enkele natuurkundigen zou in deze omgeving zelfs leven mogelijk zijn.

Nog interessanter: de singulariteit in het midden is ringvormig, naakt en de Kerr-metriek heeft een aantal zeer opmerkelijke eigenschappen die wel eens erg interessant kunnen zijn voor ondernemende aliens. Zo is het volgens sommigen mogelijk om door de tijd te reizen of, nog interessanter, via een wormgat naar een ander heelal.

Ongeveer zeventig procent van alle spiraalstelsels vertoont deze merkwaardige balk.

Roteren zwarte gaten met opzet?
Voor zover onze kosmologische kennis reikt, is dit heelal uiteindelijk ten dode opgeschreven. Een hoogontwikkelde buitenaardse soort zal er dus alles aan doen om te ontkomen aan de uiteindelijke ondergang van het heelal, als alle sterren uitgedoofd zijn en  de hoeveelheid vrije energie daalt tot vrijwel nul. Een nieuw, pas ontstaan heelal is dan uiteraard een aantrekkelijke bestemming.

Hoe sneller een Kerr-zwarte gat roteert, hoe meer energie er aan kan worden onttrokken en – heel belangrijk – hoe groter het doorreisbare gebied is. Een stellair zwart gat is te klein voor een standaard ruimteschip om te doorreizen.De getijde-effecten zijn te groot. Dat is bij een reusachtig zwart gat zoals in het centrum van de Melkweg anders. ET zal er dus (als de theorie klopt) dus alles aan doen om het grote zwarte gat zo snel mogelijk rond te doen tollen. Omdat de natuurwetten in verschillende sterrenstelsels identiek zijn, zullen intelligente wezens overal in het universum tot dezelfde slotsom komen. Zo vreemd zou het dan niet zijn, dat we in verschillende sterrenstelsels een steeds sneller rondtollend zwart gat waarnemen.

Wordt de materie in balkspiraalstelsels gebruikt om zwarte gaten te laten tollen?
Een aantal sterrenstelsels is een balkspiraalstelsel. Tot nu toe is het fysische mechanisme dat de balk in een spiraalstelsel doet ontstaan, nog niet naar alle tevredenheid opgehelderd (al zijn er goede werkhypotheses). Wel weten we dat de balk in oudere stelsels meer voorkomt, tot zeventig procent vergeleken met twintig procent vele miljarden jaren geleden (2). In feite is de vorming van een balk niet logisch. Hoe dichter bij het massacentrum, hoe sneller de rotatie. Dit effect zou weinig heel laten van een balk, want het binnenste deel roteert veel sneller dan het buitenste deel. Er moet dus een bepaald proces zijn (mogelijk de massaverdeling in het centrum) dat balken mogelijk maakt. Of een ander effect.

Bekend is dat spiraalstelsels met een balk een actieve kern hebben. Het is redelijk om te veronderstellen dat beide fenomenen iets met elkaar te maken hebben. Astronomen denken nu dat de balken op de een of andere manier het zwarte gat voeden en de stervorming in het centrum opjagen door de voortdurende toevoer van materie verder weg. Zouden deze processen door een buitenaardse beschaving worden opgewekt? Wordt de toestroom van materie naar het centrale zwarte gat door de buitenaardsen zo uitgekiend, dat het zwarte gat steeds sneller gaat tollen en zo een doorreisbaar wormgat produceert? Het valt niet uit te sluiten, al zijn natuurlijke verklaringen waarschijnlijker.

Sources
1. Black holes spin faster and faster – Royal Astronomic Society
2. ‘Barred spiral galaxies are latecomers’ – Astronomy News

English