Life of a Galaxy: van spiraalvormige naar elliptische sterrenstelsels
In dit artikel:
Sinds de lancering van de Hubble-ruimtetelescoop (1990) is het beeld dat astronomen van sterrenstelsels hebben sterk uitgebreid. Op basis van waarnemingen — en met erkenning van de beperkingen omdat we alleen momentopnamen zien — kan een algemene ontwikkelingslijn van sterrenstelsels worden beschreven: van gas- en stofwolken naar georganiseerde spiraalstelsels en uiteindelijk soms naar elliptische systemen na miljarden jaren van interne processen en interacties.
Oorsprong en basisingrediënten
- Alle sterrenstelsels ontstaan uit enorme gas- en stofwolken die hun materiaal direct uit de oerknal kregen. Zonder deze materie geen sterrenvorming.
- Een superzwaar zwart gat in het centrum is vrijwel altijd aanwezig en speelt een sleutelrol: het kan al vroeg gevormd zijn of ontstaan zijn door instorting van materie; duidelijk is dat het centrum veel massa concentreert en de dynamica van het stelsel beïnvloedt.
Vorming van schijf en bulge
- Wanneer grote gaswolken instorten en gaan roteren ontstaat aanvankelijk een bolvormige wolk. Door behoud van impulsmoment en door botsingen tussen deeltjes vlakt dit systeem uit tot een ronddraaiende schijf met parallelle omloopbanen. Dicht bij het centrum blijft een bolvormige of ‘bulge’ bestaan door hogere zwaartekracht.
- In de bulge en soms via verdere ontwikkeling kan zich een balkvorm (bar) vormen die later invloed heeft op de spiraalstructuur.
Stervorming en spiraalarmen
- Stervorming volgt waar gas samenklontert. In grote stelsels zijn dat honderden miljoenen tot miljarden sterren.
- Spiraalarmen zijn geen statische materiële structuren maar voortplantende dichtheidsgolven en schokgolven. Sterren, gas en stof bewegen in en uit deze armen; de golven zelf bewegen met een andere snelheid dan de objecten in hun banen.
- Dichtheidsgolven kunnen ontstaan door interacties met buren of door de invloed van de bulge; schokgolven komen vaak door sterke zonnewinden en supernova-explosies. Samen kunnen ze grand-design spiralen (duidelijke armen) of vlokkige, flocculente spiralen voortbrengen.
Bars en interne evolutie
- Dichtheids- en schokgolven en het gerichte transport van gas naar het centrum kunnen een bulge transformeren in een bar en zo ‘barred spiral galaxies’ creëren; aan de uiteinden van zulke balken ontspringen de spiraalarmen vaak.
Interacties, ringen en onregelmatige stelsels
- Botsingen en nauwe passages tussen stelsels zijn frequent op kosmische tijdschalen en veroorzaken sterke gravitationele verstoringen. Frontale inslagen kunnen ringstelsels veroorzaken (bijv. de Cartwheel) doordat van centrum uitgaande schok- en dichtheidsgolven stervorming in een ring triggeren.
- Veel afwijkende of onregelmatige vormen zijn het directe gevolg van zulke interacties.
Van spiraal naar elliptisch
- Spiraalstelsels worden vaak gezien als relatief jong en rijk aan gas; herhaalde botsingen en samensmeltingen putten dat gas grotendeels uit, veroorzaken intense stervormingspieken en laten uiteindelijk systemen met oudere sterren en chaotische, niet-geordende banen achter: elliptische stelsels.
- Lensvormige (lenticular) stelsels zijn een tussenvorm tussen spiraal en elliptisch. De langwerpigheid van veel elliptica kan wijzen op eerdere betrokkenheid van spiraalvormige systemen.
Beperkingen en onzekerheden
- Veel conclusies zijn afgeleid uit waargenomen momentopnamen en modelmatige reconstructies; sommige details blijven speculatief, zoals het exacte ontstaanspad van superzware zwarte gaten of of autonome dynamische processen zonder externe triggers tot elliptische vormen kunnen leiden.
Kort: sterrenstelsels ontwikkelen zich vanuit oeroude gaswolken via roterende schijven met bulges en spiraalstructuren, aangedreven door zwaartekracht, dichtheidsgolven en supernova’s. Interacties met andere stelsels kunnen hun morfologie ingrijpend veranderen, en na herhaalde botsingen ontstaan vaak elliptische, gasarme sterrenstelsels als natuurlijk eindstadium.