Sterrestelsel

NGC 4414, 'n tipiese spiraalsterrestelsel

'n Sterrestelsel is 'n massiewe stelsel wat deur swaartekrag gebind word en bestaan uit sterre, gas, stof en 'n belangrike, dog duistere komponent wat as donker materie bekendstaan. Tipiese sterrestelsels strek van dwergstelsels met so min as 10 miljoen sterre tot reuse stelsels met tot 1 biljoen sterre. Die sterre wentel almal om die sterrestelsel se massamiddelpunt of gemeenskaplike swaartepunt. Sterrestelsels kan ook sterstelsels (sterre wat om mekaar wentel), sterreswerms en verskeie interstellêre wolke bevat. Die Son is een van die sterre in die Melkweg: die sterrestelsel wat die Sonnestelsel en die Aarde bevat.

'n Gemiddelde sterrestelsel bevat 100 000 miljoen sterre en die meeste sterrestelsels kom in groepe voor, wat tussen slegs 'n paar tot selfs duisende stelsels kan bevat.

Sterrestelsels word reeds 'n lang tyd volgens hulle voorkoms en vorm gekategoriseer. Twee algemene vorms is 'n elliptiese en 'n spriaalstelsel. Daar is ook sterrestelsels met ongewone vorms, dikwels die gevolg van naburige stelsels se swaartekrag.

Ontdekking

Vroeë sterrekundiges het geglo dat "nebula", soos die Andromeda-sterrestelsel, deel van die Melkweg gevorm het.

Met die ingang van die 20ste eeu was dit algemeen aanvaar dat ons Sonnestelsel in die Melkweg geleë was, maar daar was ook geglo dat die Melkweg die hele Heelal gevul het en dat ander "nebula" (destyds 'n versamelnaam vir allerhande kosmiese liggame) deel van die melkweg gevorm het.

Die sterrekundiges het ook "spiraalnebulae" waargeneem en teen die 1920's was daar 'n vurige debat oor hierdie verskynsels: was hulle gasagtige voorwerpe, of aparte "eiland-heelalle", soos die Melkweg?

Die Amerikaanse Harlow Shapley (1885 – 1972) was een van die sterrekundiges wat geglo het dat die Melkweg die hele Heelal beslaan het en dat die spiraalnebulae gasagtig was en deel van die Melkweg gevorm het. Een van die redes wat hy aangevoer het, is dat hulle die wentelvlak van die Melkweg vermy en, indien hulle onafhanklike stelsels was, mens hulle dwarsoor die hemelruim sou kon waarneem. Shapley het egter nie rekening gehou met die effekte van ruimtestof nie: wanneer lig deur die ruimtestof beweeg kan dit rooier en dowwer voorkom as wat dit in werklikheid is. Sterre wat dowwer voorkom kan foutief as verder weg beskou word, terwyl stof in die wentelvlak van die Melkweg stelsels agter die vlak kon wegsteek.

Shapley en mede-Amerikaanse sterrekundige Heber Curtis (1872 – 1942) het op 26 April 1920 'n groot debat gevoer oor die karakter van nebulas en sterrestelsels en die grootte van die Heelal. Beide sterrekundiges het korrekte bewerings aangevoer (Shapley oor die vorm van die Melkweg, Curtis oor die grootte), maar ook inkorrekte bewerings, (volgens Shapley was die spiraalvoorwerpe gasagtig, Curtis het geglo dat die Son naby die middelpunt van die Melkweg is).

Van 1923 tot 1926 het Edwin Hubble (1889 – 1953) waarnemings van die Heelal gemaak by Mount Wilson, in Kalifornië, met behulp van die 2,5 m Hooker-teleskoop, toe die grootste teleskoop op Aarde. Sy bevindings het getoon dat hierdie voorwerpe gans te ver weg is om deel van die Melkweg te vorm en dat hulle aparte sterrestelsels buite die Melkweg is. Hubble het sy ontdekking op 1 Januarie 1925 aangekondig en die mens se siening van die Heelal geheel en al omvergewerp.

Vorming

Die sterrestelsel I Zwicky 18 (links onder) lyk op 'n nuut gevormde sterrestelsel.

Om sonder twyfel te kan weet hoe 'n sterrestelsel gevorm word, moet die geboorte van een waargeneem word. In prinsiep is dit nie onmoontlik nie: indien 'n persoon vandag na 'n sterrestelsel deur 'n teleskoop kyk, sien hy nie die sterrestelsel soos dit vandag is nie, maar soos dit in die verlede gelyk het, aangesien die lig wat die sterrestelsel uitstraal etlike jare neem om die aarde te bereik. In die geval van die Groot Magellaanse Wolk, een van die sterrestelsels wat die naaste aan die melkweg is, sien 'n sterrekyker hoe dit 160 000 jaar gelede gelyk het. Die verste sterrestelsel wat ooit waargeneem is, is 'n stelsel in die swerm Abell 2218 en wanneer dié waargeneem word, sien mens hom soos hy 13 miljard jaar gelede gelyk het. Deur hierdie oudste sterrestelsels waar te neem, kan sterrekundiges bevestig hoe sterrestelsels ontwikkel, maar die geboorte van een is nog nie waargeneem nie en daar bestaan 'n aantal teorieë wat dit probeer verduidelik.

Volgens die klassieke teorie word sterrestelsels gevorm deur die instorting van reuse gaswolke wat uit 'n mengsel van waterstof en helium bestaan het. Die wolke het reuse massas gehad, groter as die sterrestelsels wat die resultaat van sy ineenstorting was. Indien 'n gaswolk besig was om stadig te draai met sy ineenstorting, dan het 'n elliptiese sterrestelsel gevorm, terwyl 'n vinnig-draaiende wolk 'n spiraalstelsel sou vorm.

'n Meer onlangse teorie is in kontras met die klassieke teorie: alhoewel die twee teorieë dit eens is dat hierdie gaswolk bestaan het, stel die tweede teorie dat hulle nié ineengestort het nie, maar in kleiner stukke gebreek het en dat dit hierdie kleiner stukke is wat sterrestelsels gevorm het. Hierdie teorie sou die bestaan van swerms en superswerms kon verduidelik.

'n Derde teorie stel dat daar kleiner gaswolke was wat ineengestort het om 'n sterrestelsel of meerdere stelsels te vorm en dat hierdie kleiner sterrestelsels mekaar aangetrek het en samesmeltings tussen hulle groter sterrestelsels veroorsaak het. Volgens hierdie teorie behoort daar dan meer kleiner sterrestelsels as groter sterrestelsels te wees (wat inderdaad die geval is).

Klassifikasie

Edwin Hubble het die bestaan van sterrestelsels buite die Melkweg gedemonstreer en het hulle ook gekategoriseer volgens hulle voorkoms en vorm.

Een van die algemeenste vorms is die elliptiese stelsel. 'n Elliptiese sterrestelsel het 'n ovaalvorm en Hubble het ovaalstelsels 'n gradering van E0 tot E7 gegee om aan te dui hoe ellipties hulle is. 'n E0-stelsel is byna rond, terwyl E7 'n afgeplatte elliptiese vorm het.

Elliptiese sterrestelsels bevat ou sterre en baie min gas en sluit die grootste bekende sterrestelsels in (wat tot 'n biljoen sterre kan bevat). Daar word geglo dat sommige elliptiese stelsels ontstaan het na botsings tussen spiraalstelsels.

Voorbeelde van elliptiese sterrestelsels:

• 

  E0: Messier 89

• 

  E1: Messier 105

• 

  E3: Messier 86

• 

  E4: Messier 49

• 

  E6: Messier 110

Die eerste 7 sterrestelsels heet almal "Messier" omdat hulle deur die Franse sterrekundige Charles Messier in die 18de eeu ontdek is, terwyl "NGC" na "New General Catalogue" verwys, 'n katalogus van voorwerpe in die diep ruimte.

Nog 'n algemene vorm wat Hubble ontdek het is die spiraalsterrestelsel. Hubble het gesien dat hierdie stelsels soortgelyk is aan elliptiese sterrestelsels, maar dat hulle 'n helder kern of "nukleus" het. Hy het ook aangeteken dat baie van hierdie nukleï "arms" het, wat van die middel af na buite spiraal en dus na hulle as "spiraalsterrestelsels" verwys. Die spiraalarms bestaan uit sterre en gas waaruit nuwe sterre steeds gevorm word.

Hubble het na sterrestelsels wat 'n helder kern, maar geen spiraalarms het nie, as "S0" (S nul) verwys. Dié met spiraalarms is 'n rang van Sa, Sb of Sc gegee: Sa-stelsels se arms was styf om die kern gespan, terwyl 'n Sb-stelsel se arms losser was en 'n Sc-stelsel se arms die losste. Later is 'n Sd-klas bygevoeg. 'n Alternatiewe klassifiseringstelsel deur A. Sandage en G. Vaucouleurs verwys na die spiraalstelse as SB-stelsels. 'n Sterrestelsel wat tussen twee van die klassifikasies val, kan byvoorbeeld aangedui word as Sab of Sbc.

• 

  S0: NGC 1316, ook bekend as Fornax A

• 

  Sa: Messier 81

• 

  Sb: NGC 1068

• 

  Sc: Messier 51

• 

  Sd: NGC 7793

'n Ander soort spiraalsterrestelsels is 'n spiraalsterrestelsel wat 'n staaf of balk deur die middel het en word as 'n SB-stelsel geklassifiseer. Ongeveer 'n derde van alle spiraalstelsels se arms spruit nie uit sy nukleus uit nie, maar van die punte van 'n reguit staaf wat uit sterre, gas en stof bestaan en aan weerskante van die helder kern uitsteek. Die drie klasse vir staafspirale is SBa, SBb en SBc en soos met die gewone spiraalstelsels dui a op 'n stywe spiraal en c op 'n spiraal met oop arms. Die staaf bestaan uit sterre, gas en stof.

• 

  SBa: Messier 93

• 

  SBb: Messier 95

• 

  SBc: Messier 109

Nie alle sterrestelsels pas egter in een van hierdie kategorieë nie: baie sterrestelsels het 'n onreëlmatige vorm. Indien 'n sterrestelsel 'n onreëlmatige vorm het en tekens van spiraalarms toon, word dit as Sm getipeer. Indien daar geen tekens van spiraalarms is nie, word dit as Im geklassifiseer. Die twee sterrestelsels wat die naaste aan die Melkweg is, is die Groot Magellaanse Wolk, 'n Sm-stelsel, en die Klein Magellaanse Wolk, 'n Im-stelsel.

• 

  Die Groot Magellaanse Wolk

• 

  Die Klein Maggelaanse Wolk

• 

  Hoag se Voorwerp, 'n onreëlmatige sterrestelsel in die vorm van 'n ring

• 

  NGC 1427A, nog 'n onreëlmatige stelsel

Hubble se klassifiseringstelsel kan in die volgende skema saamgevat word:

Beweging

Seyfert se sekstet is 'n groep sterrestelsels wat d.m.v. swaartekrag aanmekaar gebind is.

Die sterrestelsels NGC 2207 en IC 2163 is besig om nader aan mekaar te weeg.

Sterrestelsels is in konstante beweging: hulle wentel om hulle middelpunt (die sterre naby aan die nukleus beweeg vinniger as die sterre in die buitenste rand van die stelsel) en hulle beweeg voortdurend deur die ruimte. Die afstand tussen sterrestelsels word ook groter as gevolg van die uitsetting van die Heelal (as 'n resultaat van die Oerknal). 'n Sterrestelsel wat deel is van 'n groep sterrestelsels ('n swerm), wentel ook om die massamiddelpunt van die swerm.

'n Sterrestelsel het as massamiddelpunt 'n swartkolk of 'n digte opeenhoping van sterre (sommige het 'n swartkolk binne-in 'n opeenhoping van sterre). Meer onlangse waarnemings dui daarop dat baie, moontlik die meeste, elliptiese en spiraalstelsels 'n swartkolk as massamiddelpunt het. Die Melkweg het ook 'n swartkolk in die middel, met 'n massa van 3,7 miljard Sonne. Die tydperk wat 'n ster neem om een omwenteling te maak staan as 'n "kosmiese jaar" bekend en die lengte van so 'n jaar hang af van die grootte van die sterrestelsel en hoe ver die ster homself van die nukleus bevind. Ons Sonnestelsel wentel teen 'n spoed van 220 km/s en neem tussen 225 en 240 miljoen jaar (berekenings verskil) om 'n omwenteling te voltooi.

Die meeste sterrestelsels bevind hulself in 'n groep sterrestelsels, bekend as 'n swerm ('n kleiner swerm word ook 'n "groep" genoem en 'n groter swerm 'n "superswerm"). So 'n groep kan uit slegs 'n paar stelsels bestaan, maar groter swerms bevat tot duisende sterrestelsels. Hierdie sterrestelsels wentel dan ook om die swerm se massamiddelpunt.

Naas dié omwentelings, beweeg sterrestelsels ook deur die ruimte en verder van mekaar af. Die spoed van 'n sterrestelsel kan slegs relatief tot ander sterrestelsels of soortgelyke voorwerpe gemeet word en hierdie voorwerpe is ook voortdurend in beweging - en almal in verskillende rigtings. Die Melkweg en die Andromeda-sterrestelsels, byvoorbeeld, is besig om nader aan mekaar te beweeg teen 'n spoed van 130 km/s. Verder beweeg die Melkweg en die ander sterrestelsels in die Plaaslike Groep (die swerm waarin die Melkweg homself bevind) in die rigting van die Waterslang ('n sterrebeeld) teen 'n spoed van 130km/s. Die Melkweg (en die Plaaslike Groep) is daarnaas ook besig om teen 600 km/s nader aan die Groot Aantrekker te beweeg, 'n gebied in die Heelal met 'n uiters sterk swaartekrag wat ongeveer 150 - 250 miljoen ligjaar hiervandaan is.

Hierdie konstante beweging lei dikwels tot botsings of samesmeltings; sterrekundiges dink dat die Melkweg op hierdie oomblik besig is om 'n dwergsterrestelsel, die Virgo-dwergsterrestelsel, in te sluk. Daar word ook voorspel dat dit eendag die Magellaanse Wolke sal insluk. Oor ongeveer 3 miljard jaar sal die Melkweg ook met die Andromeda-sterrestelsel bots, waarna hulle waarskynlik 'n groter elliptiese sterrestelsel sal vorm.

Bronnelys en verwysings

• Natural Sciences 102, by die webwerf van die Universiteit van Arizona.
• Classifying Galaxies, by die webwerf van die Center for Science Education van die Universiteit van Berkeley se Ruimtewetenskaplaboratorium.
• J.E. van Zyl (2008). Ontsluier die heelal. 'n Inleiding tot sterrekunde. Tweede uitgawe. Protea Boekhuis.
• P. Lafferty en J. Rowe (1994). Dictionary of Science. Halcyon Publishing: Oxford.
• Cool Cosmos by die webwerf van NASA se Infrared Processing and Analysis Center.
• Rotating Galaxies and Dark Matter deur dr. David P. Stern van die Goddard Space Flight Center.
• The Physics Factbook by hypertextbook.com.