melkwegstelsel

Blik op de toekomst van de Melkweg

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)

‘Zwerfsterren verspreidden leven naar andere sterrenstelsels’

Naar we nu weten, worden grote hoeveelheden sterren met zeer grote snelheden de intergalactische ruimte in geslingerd. Zou dit verklaren hoe het leven op aarde terecht is gekomen?

Centrum Melkweg: ideale verspreidingsgrond voor leven
Op ongeveer 26.000 lichtjaar afstand bevindt zich het centrale zwarte gat van de Melkweg, waaromheen de rest van het sterrenstelsel draait. De sterdichtheid in dit gebied is enorm: waar in de omgeving van de Zon sterren op gemiddeld enkele lichtjaren afstand van elkaar staan, zijn de afstanden in de dichtbevolkte kern van het Melkwegstelsel veel kleiner: gemiddeld 100 sterren per kubieke parsec, wat neerkomt op een gemiddelde afstand van minder dan 0,8 lichtjaar tussen sterren. Op deze korte afstanden zullen de Oortwolken rond deze sterren voortdurend brokstukken uitwisselen; volgens sommige schattingen is de uiterste rand van de Oortwolk rond de zon ongeveer een lichtjaar in diameter. De kans is dus veel groter dan hier, in de buitengewesten van het Melkwegstelsel, dat het leven zich van het ene planetenstelsel naar het andere kan verplaatsen.

Eerder bouwstenen voor leven aanwezig
Een ander argument is dat de ‘metaalrijke’ Populatie I sterren in het centrum van de Melkweg rijk zijn aan atomen zwaarder dan waterstof en helium. Vlak na het ontstaan van het heelal bestond er alleen waterstof, het extreem inerte edelgas helium en een spoortje lithium. Er zijn hiermee welgeteld drie chemische verbindingen mogelijk: moleculair waterstof (H2), metallisch lithium (Li) en lithiumhydride (LiH). Veel te weinig voor welke vorm van op chemie gebaseerd leven dan ook.

De vele sterexplosies maken het centrum van de Melkweg weinig gastvrij voor complex leven, maar eencelligen zouden zich er prima thuisvoelen. Bron/copyright: dailygalaxy.com

Leven kan alleen ontstaan als zich koolstof, zuurstof en stikstof hebben gevormd. Deze zijn ontstaan na supernova’s, die in het dichte centrum van de Melkweg veel meer, en ook al eerder, voorkwamen dan in de spiraalarmen. De omstandigheden voor het ontstaan van leven waren daar dus al miljarden jaren eerder aanwezig dan hier in de periferie. De kernen van zeer ver weg gelegen sterrenstelsels, waarvan het licht van vlak na het ontstaan van het heelal dateert, laten reeds grote hoeveelheden zwaardere elementen zien, meer zelfs dan die van de zon (!) [1]. Er was dus erg veel gelegenheid voor het leven om zich in deze omgeving te vormen.

Sterexplosies te overleven door bacteriën
Door sommige auteurs is het galactische centrum een onwaarschijnlijke plaats voor het ontstaan van complex leven genoemd, juist door deze veel optredende dodelijke sterexplosies[2]. Eenvoudige levensvormen zoals bacteriën worden echter effectief beschermd door een dikke laag water, die op oceaanwerelden en ijsplaneten overvloedig aanwezig is. Op aarde komen bacteriën in de aardkorst, zo lijkt het, voor tot op 20 kilometer diepte[3]. Voor bacteriën ligt het verhaal dus heel anders. De oudste aangetroffen sporen van leven op aarde zijn van prokaryoten, eencellige organismen zonder celkern. Deze kunnen, zo weten we, uitstekend overleven op een aardachtige planeet of ijsplaneet in het galactische centrum.

Zwerfsterren als uitzaaiers van leven
Naar we nu weten, worden er zeer grote hoeveelheden sterren uit de Melkweg geslingerd. Volgens sommige schattingen bevinden er zich zelfs meer sterren in de intergalactische ruimte dan in sterrenstelsels.
Sommige sterren die rond het zwarte gat in het centrum van de Melkweg roteren, zoals de ster S2, bereiken relativistische snelheden van (bij S2) 1,67 procent de lichtsnelheid. Voldoende om te ontsnappen aan het zwaartekrachtsveld van de Melkweg en zeker voldoende om bijvoorbeeld het gebied van de Zon te bereiken, gesteld dat er een mechanisme bestond waarmee ze zich uit het zwaartekrachtsveld van dit zwarte gat konden bevrijden. Astronomen Loeb and Guillochon denken een dergelijk mechanisme gevonden te hebben[4]. De Melkweg slokt voortdurend kleinere sterrenstelsels op. Als het centrale zwarte gat dat van de Melkweg ontmoet, worden de omloopbanen van de sterren die hierom heen draaien instabiel. Deze worden dan soms weggeslingerd met snelheden die tot tientallen procenten van de lichtsnelheid kunnen bedragen. Je kan zelf dit effect waarnemen, als je in een zwaartekrachtssimulator, bijvoorbeeld deze, twee sterren met elk een planetenstelsel elkaar laat naderen.
Deze sterren zijn ook waar te nemen in de intergalactische ruimte, als ze het einde van hun bestaan in de Hoofdreeks naderen en, uitgeput, veranderen in rode reus [5].
Hiermee wordt het in principe mogelijk, dat sterren van het ene sterrenstelsel naar het andere reizen, met in hun kielzog een zwerm ijzige brokstukken die mogelijk leven herbergen. Een interessante theorie. Zou het leven afkomstig kunnen zijn van buiten de Melkweg?

Bronnen
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, gepubliceerd 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 en Abraham Loeb, The Fastest Unbound Stars in the Universe, ArXiv preprint server (2014)
5. James Guillochon en Abraham Loeb, Observational Cosmology With Semi-Relativistic Stars, ArXiv preprint server (2014)


Lees ook:

Is het zonnestelsel afkomstig uit het centrum van de Melkweg?
Zwerfsterren in intergalactische ruimte gevonden
Kosmische oceaan ontdekt

Video: de ondergang van onze Melkweg

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.

Mysterieuze radiogolven in sterrenstelsel vlakbij

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).

Bronnen
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: zo vormde zich onze Melkweg

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.

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

Sterren die niet kunnen bestaan

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….

Bron:
NASA, Stellar extremophiles

Wordt Betelgeuze een supernova?

Een ster zo helder als de volle maan gedurende zeker een jaar. Dit spectaculaire vooruitzicht biedt de rode reuzenster Betelgeuze, die op ontploffen staat. De afgelopen vijftien jaar gebeurde er namelijk iets heel vreemds…

Betelgeuze: meer dan duizend keer zo groot als de zon
Sterren zijn er in allerlei groottes. De kleinste sterren waarin waterstof nog tot helium kan fuseren, rode dwergsterretjes, zijn ongeveer 0,05 zonsmassa groot en gaan zeer lang mee: duizenden miljarden jaren. Aan de andere kant van het spectrum staan de monsterachtig grote Wolf-Rayetsterren van boven de twintig zonsmassa’s, die na hooguit enkele miljoenen jaren met een vernietigende explosie ontploffen: een hypernova. Betelgeuze, de helderste ster in het sterrenbeeld Orion en daarom onder sterrenkundigen bekend als Alpha Orionis, is een ster die tien keer zo zwaar is als de zon. De ster staat op ongeveer vijfhonderd tot achthonderd lichtjaar afstand. Stond Betelgeuze op de plaats van de zon, dan zou de ster tot de omloopbaan van Jupiter reiken.  Betelgeuze is dan ook een van de weinige sterren die zo groot is dat deze in middelgrote telescopen als een schijfje te zien is. Overigens is het gas van Betelgeuze zeer ijl. De ster bevat iets meer dan tien zonsmassa’s aan gas in een zeer groot volume.

Betelgeuze staat op ontploffen. Astronomen zijn er echter nog niet achter of dat in 2011 of pas na het jaar 100 000 is...

‘Reuzenster krimpt’
Uit astronomische waarnemingen blijkt dat Betelgeuze de laatste tien jaar tien tot vijftien procent in grootte is gekrompen. Volgens sommige astronomen gaat het hier om een periodiek verschijnsel. Andere astronomen denken dat de kernfusiereacties in de kern tijdelijk aan het stilvallen zijn tot de ster is overschakeld naar een zwaardere kernbrandstof – die veel sneller opbrandt door de hogere temperatuur. Betelgeuze is een rode reus. Dat betekent dat de waterstof al uitgeput is en de ster nu helium of een nog zwaarder element verstookt. We weten nog niet waar precies in deze cyclus Betelgeuze zich bevindt, omdat de buitenste laag, die we als enige kunnen zien, nog uit waterstof bestaat. Is dat element koolstof, zuurstof of neon, dan zou het einde wel eens snel kunnen komen. Iedere ster is een evenwicht tussen de stralingsdruk en de zwaartekracht. Valt de stralingdruk weg, dan stort de ster ineen tot er een nieuwe kernreactie op gang komt of een supernova ontstaat. Voor dit laatste is Betelgeuze zwaar genoeg.

Wat gebeurt er als Betelgeuze in een supernova verandert?
Als alle brandstof is opgestookt, begint de ster door de zwaartekracht ineen te storten. In tegenstelling tot een planeet, die ongestoord miljarden jaren zijn baantjes blijft draaien, botsen de gasdeeltjes in de ster voortdurend met elkaar en zendt de ster straling uit waardoor deze krimpt. Het gevolg is dat de ster snel ineenstort, waardoor de temperaturen extreem hoog oplopen – de vrijkomende zwaartekrachtsenergie – de buitenste lagen voor een deel in één klap opbranden en er een zware explosie ontstaat: de supernova. De felle kernreacties in de ster – er komen veel kortlevende radioactieve isotopen vrij – houden lang aan waardoor de ster gedurende een jaar zo helder is als de volle maan.

Betelgeuze kan over enkele maanden exploderen of pas over honderdduizend jaar. We weten het niet. Wel is de kans vrijwel één dat tussen nu en honderdduizend jaar in de toekomst de ster een supernova wordt. Gelukkig staat Betelgeuze ver van ons af. Had Betelgeuze dichter dan twintig lichtjaar bij ons gestaan, dan had de sterke gammastraling die dan vrijkomt, onze atmosfeer verandert in een verstikkende bruine smog van stikstofoxiden. Nu zullen we er weinig meer van merken dan een spectaculair gezicht in de nacht.

Lees ook: Kosmische catastrofe in de maak? en Supernovae en hypernovae: kosmische waterstofbommen

Bron
Betelgeuse about to blow? – Nature Blog (2009)

Kannibalisme: Melkweg slokte tien miljoen jaar geleden melkweg met zwart gat op

De Melkweg ziet eruit als een mooie, kalme schijf van sterren, maar schijn bedriegt. In het hart van de Melkweg bevindt zich een superzwaar zwart gat. Naar nu blijkt, moet dit zwarte gat ongeveer tien miljoen jaar geleden de kern van een klein melkwegstelsel opgeslokt hebben. Er zijn inderdaad sporen van recent kannibalisme.

Forensisch bewijs

Zijn deze raadselachtige Fermibellen de doodskreet van een ander melkwegstelsel? Bron: NASA

Om te beginnen is er de recente ontdekking van twee reusachtige bellen gammastraling uitzendend gas, ongeveer 60 000 lichtjaar ten noorden en ten zuiden van het galactisch centrum. Niemand weet tot nu toe wat deze enorme “Fermi Bellen”, veroorzaakte. Ze hebben echter vel weg van het type jets dat door actieve melkwegkernen wordt uitgestoten.

Dan is er een raadselachtige heftige stervorm,ing aan de gang vlak bij het zwarte gat in het centrum van de Melkweg. In theorie moet de enorme zwaartekracht gaswolken uit elkaar trekken, maar in werkelijkheid bevinden zich in het centrum van de Melkweg drie enorme gaswolken waarin tienduizenden sterren worden geboren. En er is nog wat raars aan de hand: in het centrum zijn er nauwelijks oude sterren. Vreemd, want elders in de Melkweg is het daarvan vergeven.

Verder is er een mysterieuze fluorescerende gloed van ijzerionen in een gaswolk vlakbij ‘ons’ zwarte gat. Vrijwel zeker een echo van felle gammastraling die enkele honderden jaren geleden – gezien vanaf de aarde – vrijkwam. Enkele eeuwen geleden was het centrum dus veel actiever dan nu.

Galactisch drama
Meagan Lang van Vanderbilt University in Nashville, Tennessee en een aantal collega’s zeggen dat ze de verklaring hebben: galactisch kannibalisme. Een klein dwergstelsel is opgeslokt door de melkweg, tegelijkertijd met het centrale zwarte gat van tienduizend zonsmassa’s. Groot, maar slechts een duizendste van de grootte van ons “eigen” zwarte gat. Bij zijn noodlottige val slingerde dit zwarte gat de meeste oudere sterren uit de buurt van ‘ons’ zwarte gat.  Het meeste gas en stof werd opgeslokt door ons zwarte gat – waardoor er de twee Fermi-bellen van gammastraling ontstonden. De rest van het stof werd een turbulente draaikolk, perfecte omstandigheden voor een geboortegolf van sterren.

Volgens Lang en collega’s moet de samenvoeging miljarden jaren geleden al begonnen zijn. De slotakte, waarbij het andere zwarte gat uiteindelijk werd opgeslokt door ons eigen, vond ongeveer tien miljoen jaar geleden plaats. Dit met werkelijk een enorm spektakel hebben opgeleverd voor radio-astronomen en dergelijke. De theorie is nog niet geheel bewezen. Er zijn ook andere verklaringen denkbaar. Al is deze verklaring behoorlijk  overtuigend.

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

Maken buitenaardsen een wormgat in het centrum van de Melkweg?

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.

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

Dutch