Op een heldere nacht kun je de band van de Melkweg aan de nachtelijke hemel onderscheiden. Millennia lang keken astronomen er vol ontzag naar en kwamen langzaam tot het besef dat onze zon slechts een van de miljarden sterren in de melkweg was. In de loop van de tijd, toen onze instrumenten en methoden verbeterden, kwamen we tot het besef dat de Melkweg zelf slechts een van de miljarden sterrenstelsels was die het heelal vormen.
Dankzij de ontdekking van Relativiteit en de snelheid van het licht zijn we ook gaan begrijpen dat als we door de ruimte kijken, we ook terugkijken in de tijd. Door een object op 1 miljard lichtjaar afstand te zien, zien we ook hoe dat object er 1 miljard jaar geleden uitzag. Dankzij dit 'tijdmachine'-effect konden astronomen bestuderen hoe sterrenstelsels zijn ontstaan (d.w.z. galactische evolutie).
Het proces waarin sterrenstelsels ontstaan en evolueren, wordt gekenmerkt door een gestage groei in de tijd, die kort na de oerknal begon. Dit proces en het uiteindelijke lot van sterrenstelsels blijven het onderwerp van intense fascinatie en zijn nog steeds vol met mysteries.
Galaxy formatie:
De huidige wetenschappelijke consensus is dat alle materie in het heelal ongeveer 13,8 miljard jaar geleden is ontstaan tijdens een evenement dat bekend staat als de oerknal. Op dat moment werd alle materie samengeperst tot een heel kleine bal met een oneindige dichtheid en intense hitte die Singularity wordt genoemd. Plotseling begon de singulariteit uit te breiden en begon het universum zoals we dat kennen.
Na een snelle expansie en afkoeling was alle materie bijna uniform verdeeld. In de loop van de miljarden jaren die volgden, begonnen de iets dichtere gebieden van het heelal door de zwaartekracht naar elkaar toe te trekken. Ze werden daarom nog dichter, en vormden gaswolken en grote massa materie.
Deze klonten werden primordiale sterrenstelsels, terwijl de wolken van waterstofgas in de proto-sterrenstelsels door de zwaartekracht instortten en de eerste sterren werden. Sommige van deze vroege objecten waren klein en werden kleine dwergstelsels, terwijl andere veel groter waren en de bekende spiraalvormen werden, zoals onze eigen Melkweg.
Galactische fusies:
Eenmaal gevormd, evolueerden deze sterrenstelsels samen in grotere galactische structuren die groepen, clusters en superclusters worden genoemd. In de loop van de tijd werden sterrenstelsels door hun zwaartekracht tot elkaar aangetrokken en kwamen ze samen in een reeks fusies. De uitkomst van deze fusies hangt af van de massa van de sterrenstelsels bij de botsing.
Kleine sterrenstelsels worden verscheurd door grotere sterrenstelsels en toegevoegd aan de massa van grotere sterrenstelsels. Onze eigen Melkweg verslond onlangs een paar dwergstelsels en veranderde ze in sterrenstromen die om de galactische kern cirkelen. Maar wanneer grote sterrenstelsels van vergelijkbare grootte samenkomen, worden ze gigantische elliptische sterrenstelsels.
Wanneer dit gebeurt, gaat de delicate spiraalstructuur verloren en worden de samengevoegde sterrenstelsels groot en elliptisch. Elliptische sterrenstelsels zijn enkele van de grootste sterrenstelsels die ooit zijn waargenomen. Een ander gevolg van deze fusies is dat de superzware zwarte gaten (SMBH) in hun centra nog groter worden.
Niet alle fusies zullen elliptische sterrenstelsels opleveren, let wel. Maar alle fusies leiden tot een verandering in de structuur van de gefuseerde sterrenstelsels. Er wordt bijvoorbeeld aangenomen dat de Melkweg een kleine fusie-gebeurtenis doormaakt met de nabijgelegen Magelhaense Wolken; en in de afgelopen jaren is vastgesteld dat het Canis Major dwergstelsel is versmolten met het onze.
Hoewel fusies worden gezien als gewelddadige gebeurtenissen, wordt niet verwacht dat daadwerkelijke botsingen plaatsvinden tussen sterrensystemen, gezien de grote afstanden tussen sterren. Fusies kunnen echter resulteren in zwaartekrachtschokgolven, die de vorming van nieuwe sterren kunnen veroorzaken. Dit is wat er naar verwachting zal gebeuren wanneer ons eigen Melkwegstelsel in ongeveer 4 miljard jaar tijd versmelt met het Andromedastelsel.
Galactische dood:
Uiteindelijk stoppen sterrenstelsels met het vormen van sterren zodra ze hun toevoer van koud gas en stof hebben uitgeput. Als de voorraad opraakt, vertraagt de stervorming in de loop van miljarden jaren totdat deze helemaal ophoudt. Door voortdurende fusies zullen er echter voor worden gezorgd dat verse sterren, gas en stof in oudere sterrenstelsels worden afgezet, waardoor hun leven wordt verlengd.
Momenteel wordt aangenomen dat ons sterrenstelsel het grootste deel van zijn waterstof heeft opgebruikt en dat de stervorming zal vertragen totdat de voorraad is uitgeput. Sterren zoals onze zon kunnen maar ongeveer 10 miljard jaar meegaan; maar de kleinste, coolste rode dwergen kunnen een paar biljoen jaar meegaan. Maar dankzij de aanwezigheid van dwergstelsels en onze aanstaande fusie met Andromeda, zou ons sterrenstelsel nog langer kunnen bestaan.
Alle sterrenstelsels in deze omgeving van het heelal zullen uiteindelijk door zwaartekracht aan elkaar worden gebonden en opgaan in een gigantisch elliptisch sterrenstelsel. Astronomen hebben voorbeelden gezien van dit soort 'fossiele sterrenstelsels', waarvan Messier 49 een goed - een superzwaar elliptisch sterrenstelsel is.
Deze sterrenstelsels hebben al hun stervormingsgasreserves opgebruikt en het enige dat overblijft zijn de langer meegaande sterren. Uiteindelijk zullen die sterren over een lange tijdsduur achter elkaar knipperen, totdat het geheel de achtergrondtemperatuur van het heelal is.
Nadat ons sterrenstelsel is samengesmolten met Andromeda en verder zal versmelten met alle andere nabijgelegen sterrenstelsels in de lokale groep, kunnen we verwachten dat ook dit een vergelijkbaar lot zal ondergaan. En dus vindt de evolutie van sterrenstelsels plaats gedurende miljarden jaren, en dat zal in de nabije toekomst blijven gebeuren.
Voor Space Magazine hebben we veel artikelen over sterrenstelsels geschreven. Hier is wat is de Melkweg?, Hoe is de Melkweg gevormd?, Wat gebeurt er als sterrenstelsels botsen?
Als je meer informatie wilt over sterrenstelsels, bekijk dan Hubblesite's nieuwsberichten over sterrenstelsels en hier is NASA's wetenschapspagina over sterrenstelsels.
We hebben ook een aflevering van Astronomy Cast opgenomen over sterrenstelsels - Aflevering 97: Sterrenstelsels.
Bronnen:
- Cornell University Dept. of Astronomy - Formation and Evolution
- Wikipedia - Galaxy vorming en evolutie
- SKA - Hoe evolueren sterrenstelsels?
