Een ruimtetelescoop die het stoffige centrum van de Melkweg bestudeert, heeft een enorm golvend lint van extreem koel materiaal aangetroffen. Tot nu hebben astronomen alleen kleine stukjes van het lint waargenomen, dat veel wel geeft van het symbool voor oneindigheid (∞). Kortom: een nieuw en opwindend mysterie, precies in het hart van de Melkweg, aldus astronoom Sergio Molinari van het Institute of Space Physics in een persbericht. Molinari en anderen beschrijven het vreemde lint in een artikel dat alvast te lezen is op arXiv.org[1].
Waardoor wordt deze geheimzinnige ring veroorzaakt?
Astronomen bestudeerden hiervoor infraroodbeelden van het centrum van de Melkweg. Infrarode straling kan door gaswolken heendringen. Vorige opnames waren niet scherp genoeg om het lint waar te nemen, maar de ESA-satelliet Herschel Space Observatory heeft de haarscherpe IR-beelden geleverd waarmee de structuur is opgehelderd.
De beelden van de telescoop lijken er op te wijzen dat de ring vijftien graden kelvin koud is, zie foto. Warmere gedeelten zijn blauw, terwijl de koude gedeelten rood zijn. De ring heeft twee segmenten die uit de pannenkoekachtige schijf van de Melkweg steken. Aanvullende gegevens van radiotelescopen op het aardoppervlak wijzen erop dat de ring met een uniforme snelheid ronddraait en zich als één samenhangend geheel gedraagt.
Astronomen weten niet zeker waarom de twee lobben van de ring naar boven wijzen, maar vermoeden dat de aantrekkingskracht van naburige melkwegstelsels – de Andromedanevel van 2,5 miljoen lichtjaar ver weg bijvoorbeeld – verantwoordelijk is.
Er kan ook een andere verklaring zijn. Er zijn namelijk een aantal zeer vreemde dingen aan de hand in de kern van de Melkweg. Sommige astronomen denken dat er ongeveer tien miljoen jaar geleden een dwergstelsel is opgeslokt door de Melkweg.
Als materie uit energie ontstaat, ontstaat er altijd precies evenveel materie als antimaterie. Toch is er om ons heen alleen materie en vrijwel geen antimaterie. De vraag waarom, houdt de natuurkunde al sinds bijna een eeuw bezig. Maar misschien is er een onverwachte verklaring. Hebben astrologen misschien toch een beetje gelijk?
Het CP-mysterie
Materie en antimaterie zijn in vrijwel alle opzichten elkaars spiegelbeeld. In Feynmandiagrammen wordt een antimateriedeeltje dan ook voorgesteld als een materiedeeltje dat terug in de tijd reist. Helaas voor de natuurkundigen, gedragen de materie- en de antimaterieversies van kaons en B-mesons zich anders. Materie en antimaterie vallen anders uit elkaar. Deze “lading-pariteitsschending”, of CP-schending, brengt sommige fysici tot wanhoop, maar anderen zijn juist blij met deze ontdekking. Dit kan immers verklaren waarom meer materie dan antimaterie de geboorte van het universum heeft overleefd.
Frame dragging door de Melkweg
De draaiing van de Melkweg sleurt de ruimtetijd om zich heen mee.
Dr Mark Hadley heeft misschien de verklaring. In een artikel suggereert hij dat onderzoekers geen rekening houden met invloed die de de draaiing van onze melkweg heeft op het uiteenvallen van kosmische deeltjes. Hadley’s theorie is testbaar. Er kan bij bestaande meetresultaten bij de deeltjesdetectoren van CERN en BaBar worden gekeken of de resultaten inderdaad een afwijking vertonen in de richting waarin de Melkweg roteert. Weliswaar is de invloed van de zwaartekracht van de aarde of de zon op ons veel groter dan die van de Melkweg als geheel, maar Hadley gelooft dat wat hier telt, een effect is dat wordt opgewekt door een draaiend zwaar lichaam: frame dragging. Een snel tollend zwaar voorwerp ‘sleept’ ruimtetijd om zich heen mee. De zwaartekrachtssatelliet Gravity Probe B heeft dit zogeheten Lense-Thirring effect, een voorspelling van de algemene relativiteitstheorie, pas kortgeleden aangetoond.
De draaiing van onze Melkweg vervormt onze lokale ruimte ongeveer een miljoen maal sterker dan de nauwelijks meetbare vervorming door de draaiing van de aarde. Het voornaamste verschil tussen de materie- en antimaterieversie van het B-meson is de variatie in de tijd dat de deeltjes uiteen vallen. Als alle bekende waarnemingen van deeltjes en antideeltjes bij elkaar worden opgeteld, blijkt er toch exact dezelfde snelheid van uiteenvallen uit te komen. Hadley denkt dat frame dragging deze effecten veroorzaakt. Als de aarde op het moment van het experiment tegen de draaiing van de Melkweg in beweegt tijdens de meting, heeft dat andere effecten dan als de aarde met het frame dragging effect meebeweegt. De tijd voor de deeltjes lijkt dan, afhankelijk van of het om materie of antimaterie gaat, langzamer of juist sneller te gaan, waardoor ze voor ons langzamer of juist sneller uiteen lijken te vallen.
Een heel wilde speculatie: misschien dat de snel draaiende zwarte gaten in het centrum van melkwegstelsels de ruimte om zich heen zo hebben verstoord, dat ze hebben geleid tot een overmaat aan materie om zich heen.
Eindelijk een testbare theorie
Het mooie aan deze theorie is dat deze vrij eenvoudig is te testen. De tijdstippen en geografische locaties van de labs waar de deeltjes zijn gemeten zijn exact bekend, dus ook hun beweging ten opzichte van de Melkweg. Klopt deze theorie, dan kan de enorme hoeveelheid data die al bekend is, opnieuw worden onderzocht. Er kan dan worden gekeken of de beweging van het lab ten opzichte van de rotatie van de Melkweg exact het voorspelde effect heeft.
Frame dragging van het hele heelal?
En dan is er nog een mogelijkheid. Al eerder beschreven we dat er in ieder geval op het noordelijk halfrond een overmaat aan melkwegstelsels bestaat die een bepaalde richting op tollen. Het zou dus wel eens zo kunnen zijn dat niet alleen ons melkwegstelsel, maar het hele heelal draait. Dat heeft natuurlijk een onvoorstelbaar veel groter frame dragging effect tot gevolg. Het is weer wennen. Eindelijk een natuurkundetheorie die weer heerlijk ouderwets te testen is zonder dat je een deeltjesversneller van hier tot de Kleine Magellaanse Wolk nodig hebt. De snaaraanbidders kunnen dit in hun zak steken.
Ook zullen astrologen in hun vuistje lachen als deze theorie inderdaad overeind blijft. Er is dan namelijk een kosmisch effect aangetoond op alledaagse natuurkunde (al gaan de woeste astrologische theorieën, waarin aangenomen wordt dat de stand van de sterren invloed heeft op ons karakter en onze levensloop, extreem en onverdedigbaar ver).
Niet alleen de afstand van een planeet tot een ster, maar ook de plaats van de ster in de Melkweg moet aan strenge voorwaarden voldoen om leven mogelijk te maken. Ongeveer anderhalf procent van de Melkweg is in staat complex leven te onderhouden. Wat maakt onze omgeving zo uniek?
Twee Goudlokjeszones
Astrobiologen hebben lang discussie gevoerd over het idee dat planeten alleen in staat zijn leven te ondersteunen als vloeibaar water op het oppervlak van de planeet bestaat. Het is duidelijk dat dit aleen lukt als de temperatuur van de planeet op die van de aarde lijkt. Dat op zijn beurt stelt weer eisen aan de afstand van de planeet tot zijn ster. De zoektocht naar planeten in deze zogeheten Goudlokjeszone (of bewoonbare zone) is nu met de lancering van exoplanetensatelliet Kepler in een stroomversnelling geraakt. Echter: de ontwikkeling van leven stelt nog een tweede voorwaarde. Er zijn namelijk maar een beperkt aantal sterren, geconcentreerd in een klein deel van de Melkweg, waaromheen zich aardachtige planeten kunnen vormen.
Volgens het standaardmodel op dit moment bevinden deze sterren met aardachtige planeten in een torus (donutachtige ring) met een dikte van enkele duizenden lichtjaar rond het centrum van de Melkweg. Bewoonbare planeten vormen zich niet snel dicht bij het galactische centrum of er ver vandaan.
Leven blijkt in veel groter gebied mogelijk
Een supernova (rechts) staat op het punt een einde te maken aan het leven op een planeet in het centrum van de Melkweg.
Michael Gowanlock van de Universiteit van Hawaii in Honolulu en enkele van zijn collega’s, komen nu echter met een nieuwe kaart van de bewoonbare zone in de Melkweg welke afwijkt van dit standaardmodel. De bewoonbare zone van de Melkweg is veel complexer dan een simpele torus.
De nieuwe kaart gebruikt de laatste ontdekkingen over exoplaneten om de bewoonbare zone in de Melkweg vast te stellen. In het bijzonder hebben astronomen kort geleden vastgesteld dat exoplaneten zich veel sneller rond sterren met veel zware atomen vormen, dan rond sterren die vrijwel alleen uit de twee lichtste elementen, waterstof en helium, bestaan: een eigenschap die metalliciteit wordt genoemd. De eerste sterren in het heelal, populatie-III, bestonden geheel uit de tijdens de Big Bang gevormde waterstof en helium (en een spoortje lithium), maar genereerden zwaardere elementen toen ze uitgeput raakten en explodeerden als supernova. De volgende generatie (populatie-II) sterren vormde zich uit de overblijfselen van deze supernova’s en bevatten zo zwaardere elementen. Supernova’s vormen zich vooral in het centrum van de Melkweg, waar de sterren dicht opeengepakt zijn. Helaas hebben supernova’s de onhebbelijke eigenschap alle leven tot op enkele lichtjaren afstand te steriliseren. Het vernietigende stralingsbombardement van een supernova laat weinig over van de atmosfeer van een aardachtige planeet. Zonder atmosfeer zijn er maar weinig mogelijkheden voor complex leven om zich te ontwikkelen. Teveel supernova’s veranderen aardachtige planeten dus in levenloze rotsballen. Kortom: ook teveel supernova’s betekent: geen leven.
Leven toch mogelijk in centrum Melkweg
De vraag die Gowanlock en zijn mede-auteurs zich stellen is hoe deze processen zich uitbalanceren: de snelheid van planeetvorming, het aantal supernova’s en de tijd die nodig is voor complex leven om zich te ontwikkelen, uitgaande van ons geval-aarde. Hun antwoord: bewoonbare planeten in het centrum van de Melkweg komen zo veel voor dat zelfs als veel van hen worden vernietigd door supernova’s, er toch nog zeer veel overblijven om complex leven zoals wij dat kennen te ontwikkelen. Hun model suggereert dat 2,7 procent van alle sterren in de kern van de Melkweg bewoonbare planeten kan hebben. En ook verder weg kunnen zich bewoonbare planeten vormen, naar schatting van Gowanlock en collega’s een kwart procent.
Dat is veel meer dan wat het standaard torusmodel voorspelt. Dit betekent dat een significant deel van alle sterren verspreid door de gehele Melkweg potentieel interessant zijn voor exoplanetenjagers. “We voorspellen dat plm. 1,2% van alle sterren een planeet herbergt die ooit in zijn bestaan in staat was om complex leven te ondersteunen”, aldus Gowanlock en zijn collega’s.
Tidally locked
Exobiologen bedachten in opdracht van NGC Aurelia, een bewoonbare planeet die om een rode dwergster draait. Op de plek waar de zonnestraling maximaal is, bevindt zich een eeuwige reusachtige orkaan.
Helaas is er een probleempje. Ongeveer driekwart van deze bewoonbare planeten staat zo dicht bij hun ster dat ze altijd hetzelfde halfrond naar hun ster keren. Dit kan een probleem vormen. Astrobiologen debatteren fel over de bewoonbaarheid van planeten die altijd hetzelfde halfrond naar hun moederster wenden.
Een exoplaneet met deze eigenschap is bijvoorbeeld de super-aarde rond Gliese 581, die dicht genoeg bij het rode-dwergsterretje staat om genoeg opgewarmd te worden voor leven, maar daarom waarschijnlijk door de enorme zwaartekrachtsinvloed ook (net als de Maan richting de aarde) hetzelfde halfrond naar de zon gekeerd houdt. Eén halfrond van deze planeet zou worden verschroeid door de zon terwijl de andere helft een eeuwige ijsnacht kent.
Science fiction schrijvers hebben beschreven hoe het leven in een dergelijke ringvormige bewoonbare zone zou zijn: een smalle strook land die begrensd wordt door vuur en ijs. Misschien dat de planeet een beetje wiebelt (libratie) net als de Maan. Naar we nu weten is dit beeld wat te naief, maar creatieve exoplaneetdeskundigen kwamen met andere modellen, zoals de verre wereld Aurelia en de Kosmische Oogbal.
Twee miljard lichtjaar ver weg hebben astronomen de sterkste elektrische stroom ooit waargenomen: 1018 ampère, evenveel als in duizend miljard bliksemschichten. Ter vergelijking; de sterkste permanente stroom in het zonnestelsel, die tussen Jupiter en de maan Io, is ongeveer een miljoen ampère. Hoe zou het met de aarde aflopen als deze wordt getroffen door een dergelijke permanente kosmische bliksemschicht?
Bliksemschicht zo groot als een melkwegstelsel
Het actieve melkwegstelsel 3C303 is extreem actief. En lijkt een sterke elektrische stroom op te wekken.
Philipp Kronberg van de universiteit van Toronto in Canada mat met zijn collega’s de polarisatie van radiogolven rond het melkwegstelsel 3C303, waaruit een enorme materiestroom ontsnapt. Ze zagen een plotselinge verandering in de polarisatierichting van de golven, die samenhing met de stroom. “Dit is een ondubbelzinnig teken van een elektrische stroom”, aldus Kronberg. Het team denkt dat magnetische velden van een reusachtig zwart gat in het centrum van het melkwegstelsel de stroom opwekken. De elektrische stroom is krachtig genoeg om de materiestroom op te laten lichten (waardoor we die op twee miljard lichtjaar afstand kunnen zien) en het tot 150.000 lichtjaar ver weg door het interstellaire gas voort te stuwen.
Wat zou er gebeuren als deze ontlading de aarde zou treffen?
Volgens de onderzoekers heeft de stroom een vermogen van 1034 watt – dat is evenveel als honderd miljoen zonnen, per seconde evenveel energie als de hele wereld in 21 000 miljard jaar gebruikt of, anders uitgedrukt, de hoeveelheid energie die je krijgt als je elke anderhalf jaar een planeet zo groot als de aarde totaal in energie omzet. Niet dat je waarschijnlijk dicht in de buurt kan komen zonder behoorlijke bescherming tegen straling, want bij dergelijke enorme energieën komt enorm veel röntgenstraling vrij. Als deze stroom door de aarde zou gaan, zou deze in een oogwenk verdampen. Het proces dat deze kosmische bliksemschicht zo groot als een melkwegstelsel opwekt moet spectaculair energierijk zijn. Kronberg en zijn collega’s denken daarom aan een zwart gat, dat een enorme hoeveelheid positief geladen deeltjes uitstoot.
DARPA, het onderzoeksbureau van het Pentagon, wil dat iemand een manier bedenkt om naar de sterren te reizen. De winnaar krijgt een half miljoen dollar met het idee. Deze maand hebben honderdvijftig mededingers zich aangemeld. Het plan is om interstellair reizen in ongeveer een eeuw mogelijk te maken.
Het Interstellar Solar Sail, een van de kansrijkere concepten om naar de sterren te kunnen reizen.
Het nieuwe zogeheten 100-year Starship Study concept komt van het Defense Advanced Research Projects Agency. het bureau besteedt in totaal een miljoen dollar aan het project. Nadat de deelnemers deze herfst presentaties op een conferentie in Orlando, Florida, hebben gegeven, beslist DARPA in december wie recht heeft op de prijs. De half miljoen is “seed money”, bedoeld om onderzoek te kunnen doen naar het winnende concept. Hiermee kan het dan vanuit de privésector van de grond komen, aldus David Neyland, directeur van DARPA’s afdeling tactische technologie op een persconferentie.
Hij zei er bij dat het hier niet gaat om een reis naar een buurplaneet, zoals Mars, of het sturen van robotsondes. Het ministerie van Defensie is daarin niet geïnteresseerd.
Dit is geen eenvoudig probleem. De interstellaire afstanden zijn enorm. Het licht reist in ongeveer vijf uur van de aarde naar Neptunus, de buitenste planeet. Het licht doet er maar liefst vier jaar over om de dichtstbijzijnde ster, het Alfa-Centauri sterrenstelsel dat uit drie sterren bestaat, te bereiken. Dat is bijna zevenduizend keer zo ver: 25 biljoen kilometer. Deze afstanden zijn zo groot dat een reis waarschijnlijk honderden jaren duurt. Met onze snelste raket van nu zou het meer dan vierduizend jaar duren.
Voor deze reis moeten dus oplossingen bedacht worden voor een verblijf van honderden jaren in de ruimte, wat ethische dilemma’s, geneeskundige vraagstukken, voedselvoorziening en zelfvoorziening op de agenda zet.
Eén van de geïnteresseerden is wetenschapper en miljonair Craig Venter, die mee deed met de poging het eerste menselijke genoom in kaart te brengen. Hij doet nu onderzoek op het gebied van kunstmatig leven en alternatieve brandstoffen.
“We willen de verbeelding van mensen prikkelen.”, aldus Neyland.
Uiteraard zijn er ook in de door economische tegenspoed geteisterde Verenigde Staten de nodige criticasters op dit plan. Steve Ellis, vicepresident van de anti-belastingorganisatie Taxpayers for Common Sense, zegt, “Als je naar het universum van mogelijkheden (sic) kijkt waar we geld aan kunnen besteden, moet dit vrij laag op het prioriteitenlijstje komen te staan.” Maar dan nog. Een miljoen dollar. Daar doe je nog niet eens een paar uur Irakoorlog van en laten we eerlijk zijn. Dit is een stuk leuker en fantasievoller dan het zoveelste zinloze bloedvergieten.
Eens, vele miljarden jaren geleden, werden in het hele melkwegstelsel overvloedig sterren gevormd. Toen blies het zwarte gat in het centrum de binnenste regionen van het Melkwegstelsel schoon: gaswolken werden met zeer hoge snelheden de Melkweg uitgeblazen. Toch zijn er nu door Hubble blauwe zware sterren, “blue stragglers“, ontdekt die zo snel opbranden dat ze maar een paar miljoen jaar meegaan. Een pittige puzzel. Wat zorgt voor deze opmerkelijke verjongingskuur?
Spiraalstelsels zoals de Melkweg hebben een dichte kern, bestaande uit oude metaalarme sterren.
Blauwe achterblijvers
Blue stragglers, of blauwe achterblijvers, zijn sterren die veel jonger lijken dan ze horen te zijn. Blue stragglers worden zo genoemd omdat ze een vreemde eend in de bijt zijn,. Volgens gevestigde stervormingstheorieën jagen zware sterren er in recordtijd hun waterstof en helium doorheen. Ze houden het maar enkele miljoenen jaren uit voor zo ontploffen als supernova. Ze kunnen dus onmogelijk de vele miljarden jaren tussen de tijd dat galactische stormen de melkweg schoonveegden en nu, overleefd hebben. Ze zijn al een halve eeuw geleden in bolvormige sterrenhopen (volgens sommigen zijn dit dwergmelkwegstelsels met een centraal zwart gat) aangetroffen.
Ook blue stragglers in de kern van de Melkweg
Nu voor het eerst is een populatie van deze zeer zeldzame sterren aangetroffen in het hart van de Melkweg. Verschillende opnamen door de zeer gevoelige ruimtetelecoop Hubble toonden hun bestaan aan. Astronomen hopen nu de nog steeds controversiële stervormingsprocessen in het centrum van de Melkweg te begrijpen.
De bekendste blue straggler is misschien wel de reuzenster S2, die met een paar procent van de lichtsnelheid om het zwarte gat in het centrum van de Melkweg heenraast. De grootte en samenstelling van de blue straggler populatie die in de kern van de Melkweg is ontdekt, zal astronomen in staat stellen om te begrijpen of de kern van de Melkweg alleen uit oude sterren bestaat of uit een mengsel van oude en jonge sterren. Ook biedt de ontdekking een nieuwe testmogelijkheid om theorieën die voorspellen hoe blue stragglers zich vormen, in de bankschroef te zetten.
De resultaten ondersteunen het idee dat de centrale wolk van de melkweg al miljarden jaren geleden is gestopt met het vormen van sterren. Dit gebied is nu het domein van sterren van middelbare leeftijd zoals de zon (die zeer arm in “metalen” zijn dus hooguit gasreuzen als planeten kunnen hebben) en koelere rode dwergen. De blauwe reuzensterren die hier ooit ook werden gevormd zijn al miljarden jaren geleden ontploft.
Blue stragglers zijn 'onmogelijke sterren'. Het resultaat van sterbotsingen?
Toevallige ontdekking
Deze ontdekking is een mooie serendipitaire bijkomstigheid van een in 2006 uitgevoerde waarnemingsserie met de naam Sagittarius Window Eclipsing Extrasolar Planet Search (SWEEPS). Hubble bestudeerde 180.000 sterren in het dichtbevolkte centrale gebied van onze Melkweg, 26 000 lichtjaar ver, en kreeg zo informatie over hun variabiliteit. Oorspronkelijk had de zoektocht tot doel “hete Jupiters”, gasreuzen vlak bij de ster te vinden. Het SWEEPS team ontdekte echter ook 42 merkwaardige blauwe sterren onder de bulkpopulatie met een helderheid en temperatuur die alleen bij heel jonge sterren voorkomt. Er werd al langer vermoed dat er “blue stragglers” in de kern van de Melkweg voorkomen, maar nu is voor het eerst hun bestaan ook ondubbelzinnig aangetoond.
Hubble heeft zo’n scherp beeld dat ook Dopplerverschuivingen en parallaxmetingen door eigenbewegingen van sterren uitgevoerd kunnen worden. Sterren in het centrum van de Melkweg hebben een andere rotatiesnelheid dan sterren in de spiraalarmen. Door beelden twee jaar na elkaar te vergelijken kon ondubbelzinnig vast worden gesteld welke blauwe reuzen zich in de kern bewegen, dus welke blauwe reuzen blue stragglers waren.
De onderzoekers schatten dat van de 42 kandidaat-“blue stragglers” 18 tot 37 van hen waarschijnlijk echt tot deze groep behoren, met de rest bestaande uit voorgrondsobjecten en mogelijk een kleine populatie uiterst zeldzame jonge sterren uit het galactische centrum.
Sterbotsing of vampirisme?
Het is nog onduidelijk hoe “blue stragglers” zich vormen of dat er meer dan één mechanisme aan het werk is waardoor ze ontstaan. Volgens veel astronomen ontstaan blue stragglers uit een dubbelster. Als de waterstof van de zwaardere ster opgebrand is en hij aan zijn heliumvoorraad begint, zet de ster uit. De kleinere ster slokt dit gas op en groeit snel in massa, waardoor ook deze ster sneller opbrandt. Hierdoor stijgt de temperatuur van de ster zeer snel en straalt de ster met een blauwer licht. Een zeer dicht op elkaar staande dubbelster kan ook door voortdurend verlies van energie in een spiraal des doods terecht komen, waardoor ook samensmelting optreedt. Volgens een andere theorie zijn blue stragglers het gevolg van sterbotsingen: als twee sterren van iets meer dan een zonsmassa met elkaar botsen, levert dit een A-klasse reus op die zijn brandstof er in sneltreinvaart (enkele honderden miljoenen jaren, maar een paar procent van de levensduur van de zon) doorheen jaagt. Precies wat we ook waarnemen. Ook het aantal blue stragglers is ongeveer wat astronomen verwachten als ze het aantal sterbotsingen in een dicht cluster berekenen.
Mogelijk heeft de aanwezigheid van blue stragglers iets te maken met een ander mysterie: donkere materie. Als de donkere materie uit extreem koud moleculair waterstofgas (dat niet waar is te nemen met radiotelescopen) of waterstofijs bestaat, zouden deze een permanente bron van gas kunnen vormen waaruit deze sterren zich vormen. Deze theorie is echter uiterst omstreden. Het stralingsbombardement dat de rest van de kern van de melkweg gasvrij maakte, zou ook afgerekend moeten hebben met dit waterstof.
Onzichtbaar voor de mensheid worden we mogelijk omringd door buitenaardse luisterposten. Tijd krijgt op de afstanden tussen de sterren een andere betekenis. Interstellaire beschavingen moeten denken in duizenden jaren, misschien miljoenen jaren. Wat als een buitenaardse beschaving overal in het melkwegstelsel afluisterapparatuur heeft geplaatst?
Ons melkwegstelsel is immens groot. Alleen al het aantal sterren bedraagt om en nabij de driehonderd miljard. Dat betekent driehonderd miljard potentiële zonnestelsels waar zich leven kan ontwikkelen of andere interessante dingen kunnen gebeuren. Uit waarnemingen van de Kepler satelliet weten we dat een aanzienlijk percentage van deze sterren, twintig procent of meer, over een planetenstelsel beschikt. Het zou een onvoorstelbare hoeveelheid hulpbronnen kosten om in de buurt van elke ster een bemande basis te hebben of elk zonnestelsel uit te kammen naar mogelijk leven.
Op lichtjaren afstand is alleen informatie nog interessant.
Heelal is extreem groot
Dit geldt nog sterker als het er om gaat om naburige melkwegstelsels te verkennen. De reisafstanden die in ons melkwegstelsel al zeer groot zijn (duizenden lichtjaren) groeien dan uit tot honderdmaal zoveel of meer. Zelfs onze nabije buur, het Andromedastelsel, bevindt zich op meer dan twee miljoen lichtjaar afstand. Het kost onpraktisch veel energie om met een groot ruimteschip op die manier van ons melkwegstelsel naar buurstelsels te reizen. Ook betekenen snelheden in de buurt van de lichtsnelheid dat zelfs zeer kleine voorwerpen waarmee het ruimteschip in botsing komt, een even grote (of zelfs grotere) explosie veroorzaken als een brok antimaterie had gedaan. De situatie wordt heel anders voor veel kleinere ruimteschepen of ruimtesondes. Al eerder beschreven we een omstreden plan om naburige sterren in te zaaien met aardse bacterieën.
Intelligent stof
Ditzelfde principe kan ook gebruikt worden om intelligent stof van de ene ster naar de andere te sturen. Het is mogelijk, onvoorstelbaar veel informatie op te slaan in materie door bits als atomen te coderen. Volgens sommige wetenschappers zouden we bijvoorbeeld alle menselijke herinneringen op kunnen slaan in een stofje. Eenmaal aangekomen in een ander stersysteem kan het minuscule ruimteschip landen op een asteroïde, als een Von Neumann-machine beginnen met het opnemen van energie en materie en hier uitgroeien tot een volwaardig zend- en ontvangststation, bijvoorbeeld een enorme radiotelescoop.
De volgroeide robot zou kopieën van zichzelf, “zaden”, op pad kunnen sturen naar naburige stelsels waar nog geen sensor aanwezig is. Een zelfreparerend waarnemingsstation (of een kolonie van stations) zou het miljarden jaren uit kunnen houden en geregeld contact houden met collega-stations elders in de Melkweg.
Waarom een sensornetwerk en geen massale kolonisatie?
Er is eigenlijk maar één ding dat de moeite waard is om over afstanden van vele lichtjaren te transporteren. Dat is informatie. Inderdaad is het mogelijk met deze technologie in redelijk korte tijd, bijvoorbeeld tien miljoen jaar, de hele melkweg te koloniseren. De informatieinhoud hiervan zou echter uiterst beperkt zijn. Wie weet helpen we zelfs allerlei unieke soorten, beschavingen en verschijnselen om zeep. Het interstellaire afluisternetwerk zou voor intelligente buitenaardse wezens echter heel veel kennis opleveren. Kennis waarmee mogelijk nieuwe natuurkundige doorbraken zijn te bereiken of kosmische curiositeiten zijn op te sporen. De ontdekking van een planeet met leven zou uiteraard groot nieuws zijn, die van intelligente wezens een sensatie van de eerste orde. Waarschijnlijk is onze entertainmentwaarde veel groter dan dat zielige beetje grondstoffen dat hier te halen is…
In het vroege heelal bestonden er volgens bepaalde theorieën geen sterren, maar enorme sterachtige objecten, “quasi-sterren”. Quasisterren wekken hun energie niet op door kernfusie, maar vermoedelijk door iets anders. Astrofysicus Warrick Ball van Cambridge bevestigde een eerdere berekening van collega Mitchell Begelman van de universiteit van Colorado in Boulder. Beide denken nu op grond van computerberekeningen dat de energiebron van quasisterren uit kleine zwarte gaten bestond, die in de loop van miljoenen jaren uitgroeiden tot monsters van duizenden zonsmassa’s.
Quasisterren: onmogelijk? Quasisterren waren (als ze bestonden) enorme bolvormige objecten van duizenden zonsmassa’s. Eigenlijk kan dat niet. De grootste stabiele ster denkbaar is een Wolf-Rayet ster van ongeveer honderdtwintig zonsmassa’s aan gas. Het meeste gas wordt weggeblazen door de zeer hoge stralingsdruk. Het restant brandt in maar enkele miljoenen jaren op (een duizendste van de levensduur van de zon). Zwaardere sterren-in-wording overschrijden de Eddingtonlimiet en exploderen vrijwel meteen als een pair-instability supernova, omdat zware atoomkernen plotseling gaan fuseren, de extreem krachtige gammastraling in de kern die dan ontstaat wordt omgezet in paren elektronen en positronen: antimaterie. Als gevolg valt de stralingsdruk wegvalt en volgt er door de enorme zwaartekracht een catastrofale ineenstorting.
Metaalarm
De reden dat quasisterren toch konden bestaan, is dat in het vroege bestaan van het heelal maar vier chemische elementen voorkwamen: 75 massaprocent waterstof, de rest helium en minieme spoortjes lithium (vrijwel alle lithium hier op aarde, dus ook in de accu van laptops, is afkomstig van de Big Bang) en beryllium.
Quasisterren zagen er ongeveer zo uit als de zon, maar dan heel veel groter en zwaarder.
Met andere woorden: de eerste metaalarme (astronomen noemen alles zwaarder dan helium een metaal) populatie-III sterren bestonden vrijwel geheel uit waterstof en helium, waardoor ze veel groter konden worden dan tegenwoordige sterren zonder direct te exploderen: er was alleen de vloeiende curve van de waterstof- en heliumfusie waardoor in een heel groot gebied kernfusie plaatsvond en zich door de stralingsdruk geen zware exploderende kern kon vormen.
Volgens de quasister-theorie werd op een gegeven moment de kern van de samentrekkende gaswolk toch zo zwaar en dicht dat deze de Chandrasekharlimiet overschreed en zich een zwart gat vormde.
Zwart gat verhit ster
Zwarte gaten doen hun naam (voor zowel onze berekeningen uitwijzen) niet bepaald eer aan. Materie die in een zwart gat valt, wordt zeer heet en valt daarom uiteen in geladen deeltjes. Geladen deeltjes die rondtollen (in dit geval: om het zwarte gat) zenden straling uit : de reden dat objecten als Cygnus X-1, de meest waarschijnlijke kandidaat voor een zwart gat, enorm sterke röntgenbronnen zijn. Dit zwarte gat verhit met deze straling het gas in het centrum, waardoor dit uit gaat zetten. Volgens berekeningen van het team astronomen is het gevolg, dat de gasbol er van buiten uit zie als een uit de kluiten gewassen ster, zo groot dat ons complete zonnestelsel plus Kuipergordel er in zou passen, met een kleur van die van de zon van rond de duizend zonsmassa’s. Hoe groter het zwarte gat, hoe vraatzuchtiger en hoe meer energie er vrij komt. Op een gegeven moment wordt de omgeving rond het zwarte gat zo heet, dat de gasschil weg wordt geblazen en het zwarte gat zelf zichtbaar wordt. Volgens de berekening van de onderzoekers gebeurt dit na ongeveer een miljoen jaar.
Dwergstelsels
Met dit mechanisme denken ze te kunnen verklaren hoe de superzware zwarte gaten in het centrum van de eerste melkwegstelsels zich vormden. Deze trokken vervolgens de materie in de buurt aan en concentreerden deze tot de eerste melkwegstelsels. Deze oermelkwegstelsels waren overigens veel kleiner dan onze Melkweg: het ging hier om dwergstelsels zoals de Magelhaense Wolken en Omega Centauri die zich in de loop van miljarden jaren samenvoegden tot de imposante melkwegstelsels van nu. Ook de zwarte gaten slokten elkaar op tot de monsters van miljarden zonsmassa’s van nu.
Uitsterfgolven komen elke 26 miljoen jaar voor. Wat is de oorzaak van deze periodieke natuurramp?
Vandaar dat tot voor kort veel wetenschappers geloofden dat er een oorzakelijk verband is. Op dit moment overheerst de scepsis in de wetenschappelijke gemeenschap: juist op de punten waar de invloed van de Melkweg het sterkst is, in het galactische vlak, vindt geen uitstervingsgolf plaats. In new-age kringen gelooft men juist dat het feit dat de aarde nu vlak in de buurt is van het galactische vlak zal leiden tot massale spirituele groei of juist een vernietigende ramp. Men vergeet te verklaren hoe het kan dat dat drie miljoen jaar geleden niet gebeurd is (tenzij je de eerste homo erectus als zodanig ziet). Toen bevond de aarde zich namelijk precies in het galactische vlak…
De melkweg als draaimolen
De zon draait met de rest van het zonnestelsel om de kern van de melkweg. Eén rotatie, een galactisch jaar, duurt tweehonderd tot tweehonderdvijftig miljoen jaar. Anders geformuleerd: een kwart galactisch jaar geleden liepen er nog grote dino’s rond in onze achtertuin (wat Nederland betreft: zwommen er mosasaurussen). De zon blijft niet braaf in het galactische vlak hangen. Natuurkundige berekeningen en astronomische waarnemingen wijzen er samen op dat de zon een soort golfbeweging maakt: drie keer per galactisch jaar duikt de zon onder het galactische vlak en drie keer per jaar staat de zon er juist boven. De beweging van de zon heeft dus veel weg van de beweging van de bekende kermisattractie waarbij bezoekers een op en neer golvende beweging maken terwijl ze ronddraaien. De vraag is dus: wat zorgt er voor dat just op het moment dat de zon het verst verwijderd is van het galactische vlak, er massale uitsterving optreedt?
Ecliptica beschermt tegen kosmische rampen?
We weten uit metingen dat bij het bereiken van elke maximale uitwijking de aarde wordt getroffen door een vernietigende natuurramp. Van de laatste grote uitsterving, de Krijt-Tertair massaextinctie die een einde maakte aan de dino’s, is de Chicxulub meteoriet als dader aangewezen. Ook het hoge gehalte aan iridium in de Krijt-Tertair grenslaag in gesteente wijst erop dat er een buitenaardse boosdoener verantwoordelijk was. Er zijn in de loop der jaren verschillende theorieën ontwikkeld om te verklaren hoe de positie van de zon ver uit het galactische vlak tot uitstervingen kan leiden.
Zo ziet de Melkweg er denken astronomen van boven uit.
1. Oortwolk wordt gedestabiliseerd door grote afstand van de galactische schijf – Volgens deze theorie zorgt op een gegeven moment de grote afstand van het zonnestelsel tot de galactische schijf er voor dat de omloopbanen van de brokken puin in de Oortwolk instabiel worden. Het vlak van het zonnestelsel staat voor een groot deel (62 graden) recht op het vlak van de melkweg, waardoor de aantrekkingskracht van de Melkweg de omloopbanen uit evenwicht brengt. Het gevolg: sommige brokken belanden in de binnenste regio’s van het zonnestelsel met uiteindelijk akelige gevolgen voor het leven op aarde. Pre: een duidelijk werkingsmechanisme. Nadeel: de uitsterfpieken zouden in dit geval onregelmatiger moeten zijn dan nu.
2. Verhoogde kosmische straling leidt tot massale uitstervingen – Volgens sommige onderzoekers is het onjuist om meteorietinslagen of vulkaanuitbarstingen alleen de schuld te geven van de massale uitsterfgolven. Zij denken dat op een of andere manier het galactische vlak ons beschermt tegen de heftige straling aan de randen van de galactische schijf – tot het zonnestelsel zich aan de rand van de galactische schijf bevindt. Inderdaad weten we uit recent onderzoek dat interstellair gas en stof veel gammastraling wegvangt. Volgens andere theorieën is de extreem krachtige kosmische straling die we soms meten afkomstig van geladen deeltjes die door het galactische magnetische veld rond de schijf van de Melkweg worden gejaagd. Als de aarde zich in de baan hiervan bevindt, is het voorstelbaar dat dit erg nare gevolgen heeft voor de meeste levende wezens. Hoewel dit de regelmaat mooi verklaart, pleit hier tegen dat in principe de atmosfeer en het aardmagnetisch veld – om niet te spreken over de heliosfeer, het zonnemagnetisch veld en invloedssfeer van de zon – goed beschermen tegen kosmische straling.
Nog vreemder is dat beide satellietstelsels meer licht uitstralen dan vrijwel alle andere satellietstelsels. Het lijkt er steeds meer op dat ons melkwegstelsel een buitenbeentje is.
Resten van sterren in de Grote Magalhaese Wolk. Bron/(c): NASA
Ons melkwegstelsel is niet alleen. Het maakt met de Andromedanevel onderdeel uit van de Lokale Groep, onze familie van melkwegstelsels.
Ons melkwegstelsel heeft voor zover we weten twee satellietstelsels: de Grote en de Kleine Magelhaese Wolk. Dit zijn kleine, onregelmatige melkwegstelsels die (denken de meeste astronomen) langzaam op worden geslokt door ons eigen melkwegstelsel.
Met de Grote Magelhaese Wolk is wat opmerkelijks aan de hand, stelt de Canadese topastronoom Sidney van den Bergh. Deze is namelijk extreem helder. Er zijn nauwelijks satellietstelsels te vinden die helderder zijn dan dit dwergmelkwegstelsel.
Beide dwergmelkwegstelsels zijn ook erg gasrijk en metaalarm (astronomen noemen alles wat zwaarder is dan waterstof of helium een metaal) wat duidt op een veel jongere leeftijd dan die van onze eigen melkweg.
Kortom: niet alleen onze thuisplaneet, maar ook onze melkweg zelf blijkt uniek. Uiteraard heeft deze ontdekking al heel wat discussie uitgelokt over mogelijke implicaties voor het ontstaan van intelligent leven.
