Volgens de meest algemeen aanvaarde kosmologische modellen begonnen de eerste sterrenstelsels zich tussen 13 en 14 miljard jaar geleden te vormen. In de loop van de volgende miljard jaar ontstonden de kosmische structuren die we allemaal hebben leren kennen. Deze omvatten zaken als melkwegclusters, superclusters en filamenten, maar ook galactische kenmerken zoals bolhopen, galactische uitstulpingen en superzware zwarte gaten (SMBH's).
Maar net als levende organismen zijn sterrenstelsels sindsdien blijven evolueren. In feite zullen sterrenstelsels in de loop van hun leven steeds massa opbouwen en uitwerpen. In een recent onderzoek heeft een internationaal team van astronomen de snelheid van in- en uitstroom van materiaal voor de Melkweg berekend. Vervolgens gaven de goede mensen van astrobieten het een goede analyse en toonden ze hoe relevant het is voor ons begrip van galactische vorming en evolutie.
De studie werd geleid door ESA-astronoom Dr. Andrew J. Fox en omvatte leden van de Space Telescope Science Institute (STScI) The Milky Way Halo Research Group en meerdere universiteiten. Op basis van eerdere studies onderzochten ze de snelheid waarmee gas in en uit de Melkweg stroomt vanuit omringende hogesnelheidswolken (HVC).
Aangezien de beschikbaarheid van materiaal de sleutel is tot stervorming in een sterrenstelsel, is het belangrijk om te weten hoe sterrenstelsels in de loop van de tijd evolueren. En zoals Michael Foley van
Volgens dit model produceren de meest massieve sterren in een sterrenstelsel stellaire winden die materiaal uit de melkwegschijf verdrijven. Wanneer ze tegen het einde van hun levensduur supernova worden, verdrijven ze op dezelfde manier het grootste deel van hun materiaal. Dit materiaal komt na verloop van tijd terug in de schijf en levert materiaal voor de vorming van nieuwe sterren.
"Deze processen staan samen bekend als‘ stellaire feedback ’en ze zijn verantwoordelijk voor het terugduwen van gas uit de Melkweg, 'zei Foley. 'Met andere woorden, de Melkweg is geen geïsoleerd meer van materiaal; het is een reservoir dat constant gas wint en verliest als gevolg van zwaartekracht en geweldige feedback. ”
Bovendien hebben recente studies aangetoond dat stervorming nauw verband kan houden met de grootte van het superzware zwarte gat (SMBH) in de kern van een sterrenstelsel. Kortom, SMBH's stoten een enorme hoeveelheid energie uit die kan verwarmen
Als zodanig is de snelheid waarmee materiaal in en uit een sterrenstelsel stroomt de sleutel tot het bepalen van de snelheid van stervorming. Om de snelheid waarmee dit voor de Melkweg gebeurt te berekenen, hebben Dr. Fox en zijn collega's gegevens uit meerdere bronnen geraadpleegd. Dr. Fox vertelde Space Magazine via e-mail:
'We hebben het archief gedolven. NASA en ESA houden goed samengestelde archieven bij van alle Hubble-ruimtetelescoopgegevens en we hebben alle waarnemingen van achtergrondquasars doorgenomen met de Cosmic Origins Spectrograph (COS), een gevoelige spectrograaf op Hubble die kan worden gebruikt om het ultraviolette licht van verre bronnen. We hebben 270 van dergelijke quasars gevonden. Ten eerste hebben we deze waarnemingen gebruikt om een catalogus te maken van snel bewegende gaswolken die bekend staan als hoge snelheidswolken (HVC's). Vervolgens bedachten we een methode om de HVC's op te splitsen in in- en uitstromende populaties, door gebruik te maken van de Doppler-shift. ”
Daarnaast heeft een recent onderzoek aangetoond dat de Melkweg ongeveer 7 miljard jaar geleden een rustperiode heeft doorgemaakt, die ongeveer 2 miljard jaar heeft geduurd. Dit was het gevolg van schokgolven die ervoor zorgden dat interstellaire gaswolken verhit raakten, waardoor de stroom van koud gas in onze melkweg tijdelijk stopte. Na verloop van tijd koelde het gas af en begon weer naar binnen te stromen, wat een tweede ronde van stervorming veroorzaakte.
Na alle gegevens te hebben bekeken, konden Fox en zijn collega's beperkingen stellen aan de snelheid van in- en uitstroom voor dit sterrenstelsel van ons:
“Na het vergelijken van de instroom- en uitstroomsnelheid, ontdekten we een teveel aan instroom, wat goed nieuws is voor toekomstige stervorming in onze Melkweg, aangezien er veel gas is dat kan worden omgezet in sterren en planeten. We maten ongeveer 0,5 zonsmassa per jaar instroom en 0,16 zonne massa per jaar uitstroom, dus er is een netto instroom. "
Zoals Foley aangaf, wordt echter aangenomen dat HVC's slechts een periode van ongeveer 100 miljoen jaar leven. Hierdoor kan niet worden verwacht dat deze netto-instroom voor onbepaalde tijd zal aanhouden. "Ten slotte negeren ze HVC's waarvan bekend is dat ze zich in structuren bevinden (zoals de Fermi Bubbles) die het in- of uitstromende gas niet volgen", voegt hij eraan toe.
Sinds 2010 zijn astronomen op de hoogte van de mysterieuze structuren die tevoorschijn komen vanuit het centrum van ons sterrenstelsel, bekend als Fermi Bubbles. Deze bellenachtige structuren strekken zich uit over duizenden lichtjaren en worden verondersteld het resultaat te zijn van het verbruiken van interstellair gas door SMBH en het uitstoten van gammastraling.
Ondertussen geven de resultaten echter nieuw inzicht in hoe sterrenstelsels ontstaan en evolueren. Het ondersteunt ook de nieuwe casus die is gemaakt voor "koude stroomacretie", een theorie die oorspronkelijk werd voorgesteld door prof. Avishai Dekel en collega's van het Racah Institute of Physics van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem om uit te leggen hoe sterrenstelsels tijdens hun vorming gas uit de omringende ruimte opnemen.
'Deze resultaten laten zien dat sterrenstelsels zoals de Melkweg niet evolueren in een
Een andere interessante uitweg uit dit onderzoek is dat wat geldt voor onze Melkweg, ook geldt voor sterrenstelsels. Ons zonnestelsel is bijvoorbeeld ook onderhevig aan de in- en uitstroom van materiaal in de tijd. Objecten als ‘Oumuamua en het recentere 2I / Borisov bevestigen dat asteroïden en kometen uit sterrenstelsels worden geschopt en regelmatig door anderen worden opgepikt.
Maar hoe zit het met gas en stof? Verliest of wint ons zonnestelsel en (bij uitbreiding) de planeet aarde in de loop van de tijd? En wat kan dit betekenen voor de toekomst van ons systeem en
"In feite is uit satellietwaarnemingen van meteoorsporen geschat dat elke dag ongeveer 100 - 300 ton (ton) materiaal de aarde treft. Dat komt neer op ongeveer 30.000 tot 100.000 ton per jaar. Dat lijkt misschien veel, maar over een miljoen jaar zou dat slechts minder dan een miljardste van een procent van de totale massa van de aarde bedragen. '
Maar zoals hij verder uitlegt, verliest de aarde ook regelmatig massa door een aantal processen. Deze omvatten radioactief verval van materiaal in de aardkorst, wat leidt tot energie en subatomaire deeltjes (alfa, bèta
Oppervlakkig gezien lijkt dit een netto verlies van ongeveer 10.000 of meer ton per jaar. Bovendien schatten microbioloog / wetenschapscommunicator Dr. Chris Smith en Cambridge-natuurkundige Dave Ansell in 2012 dat de aarde jaarlijks 40.000 ton stof uit de ruimte wint, terwijl ze 90.000 ton per jaar verliest door atmosferische en andere processen.
Het is dus mogelijk dat de aarde lichter wordt met een snelheid van 10.000 tot 50.000 ton per jaar. De snelheid waarmee materiaal wordt toegevoegd is op dit moment echter niet erg beperkt, dus het is mogelijk dat we zelfs breken (hoewel de mogelijkheid dat de aarde massa wint, onwaarschijnlijk lijkt). Wat ons zonnestelsel betreft, is de situatie vergelijkbaar. Enerzijds interstellair gas en stof
Aan de andere kant, onze zon - die goed is voor 99,86% van de massa van het zonnestelsel - verliest ook massa in de loop van de tijd. Met behulp van gegevens verzameld door NASA's MESSENGER-sonde, concludeerde een team van NASA- en MIT-onderzoekers dat de zon massa verliest als gevolg van zonnewind en interne processen. Volgens Ask an Astronomer gebeurt dit met een snelheid van 1,3245 x 1015 ton per jaar, hoewel de zon tegelijkertijd uitzet.
Dat is een duizelingwekkend aantal, maar aangezien de zon een massa heeft van ongeveer 1.9885 × 1027 ton. Dus de zon zal niet snel knipperen. Maar naarmate het massa verliest, zal de zwaartekracht op de aarde en de andere planeten afnemen. Echter, tegen de tijd dat onze zon het einde van zijn hoofdreeks bereikt, zal ze aanzienlijk uitzetten en zou het heel goed Mercurius, Venus, Aarde kunnen inslikken
Dus hoewel ons sterrenstelsel in de nabije toekomst massa wint, lijkt het erop dat onze zon en de aarde zelf langzaam massa verliezen. Dit mag niet worden gezien als slecht nieuws, maar heeft op de lange termijn wel gevolgen. In de tussentijd is het bemoedigend om te weten dat zelfs de oudste en meest massieve objecten in het heelal als levende wezens aan verandering onderhevig zijn.
Of we het nu hebben over planeten, sterren of sterrenstelsels, ze worden geboren, ze leven en ze sterven. En tussendoor kunnen ze erop vertrouwen dat ze een paar kilo aankomen of verliezen. De cirkel van
