Het ontzagwekkende heelal
Zo mysterieus en toch zo schitterend
IN DEZE tijd van het jaar lonkt de nachtelijke hemel met juwelenpracht. Hoog boven ons hoofd schrijdt de machtige Orion, op januari-avonden goed zichtbaar van Anchorage in Alaska tot Kaapstad in Zuid-Afrika. Hebt u de laatste tijd nog wel eens goed gekeken naar de hemelschatten die in bekende sterrenbeelden als Orion te vinden zijn? Astronomen richtten er niet lang geleden de blik op met behulp van de onlangs gerepareerde Hubble-ruimtetelescoop.
Aan de drie sterren van Orions gordel hangt zijn zwaard. De wazige ster midden in het zwaard is eigenlijk helemaal geen ster maar de beroemde Orionnevel, een voorwerp van opvallende schoonheid zelfs wanneer u er via een kleine telescoop naar kijkt. De etherische gloed ervan is echter niet het geheim van de fascinatie die het voor professionele astronomen heeft.
„Astronomen bestuderen de Orionnevel en zijn vele jonge sterren omdat het in ons deel van het Melkwegstelsel het grootste en actiefste gebied qua geboorte van sterren is”, bericht Jean-Pierre Caillault in het blad Astronomy. De nevel blijkt een kosmische kraamkamer te zijn! Toen de Hubble-telescoop de Orionnevel fotografeerde en details vastlegde die nooit eerder waren gezien, zagen astronomen niet alleen sterren en gloeiend gas maar ook wat Caillault beschrijft als „vage kleine ovalen. Oranje lichtplekken. Ze lijken op kruimels van iemands lunch die per ongeluk op de foto zijn terechtgekomen.” Wetenschappers geloven echter dat deze vage ovalen in plaats van foutjes uit de donkere kamer „protoplanetaire schijven zijn, de eerste zonnestelsels-in-de-maak gezien van een afstand van 1500 lichtjaren”. Worden er op dit moment sterren — ja, hele zonnestelsels — geboren in de Orionnevel? Veel astronomen geloven van wel.
Van kraamkamer naar begraafplaats
Terwijl Orion voorwaarts schrijdt, met zijn boog in de hand, schijnt hij oog in oog met het sterrenbeeld Taurus ofte wel Stier te staan. Bij het puntje van de zuidelijke horen van de stier zal een kleine telescoop een zwakke lichtvlek onthullen. Die wordt de Krabnevel genoemd, en door een grote telescoop bekeken ziet hij er uit als een explosie, zoals bladzijde 9 laat zien. Is de Orionnevel een kraamkamer voor sterren, dan is de vlakbij gelegen Krabnevel wellicht het graf van een ster die een onvoorstelbaar gewelddadige dood is gestorven.
Het kan zijn dat die hemelse catastrofe is vastgelegd door Chinese astronomen; zij beschreven een „gastster” in Taurus die plotseling verscheen op 4 juli 1054 en zo helder was dat hij 23 dagen achtereen overdag werd gezien. „Enkele weken lang”, schrijft de astronoom Robert Burnham erover, „vlamde de ster op met het licht van zo’n 400 miljoen zonnen.” Astronomen noemen zo’n spectaculaire sterrensuïcide een supernova. Nu nog, bijna duizend jaar na de waarneming, spoeden de scherven ervan zich door de ruimte met een snelheid die geschat wordt op 80 miljoen kilometer per dag.
De Hubble-ruimtetelescoop is ook in dit gebied aan het werk geweest, heeft diep in het hart van de nevel getuurd en observaties opgeleverd van „details in de Krab die astronomen nooit verwacht hadden”, aldus het blad Astronomy. De astronoom Paul Scowen zegt dat de ontdekkingen „de theoretici onder de astronomen nog een hele tijd achter hun oren zullen doen krabben”.
Astronomen, onder wie Robert Kirshner van Harvard, geloven dat het belangrijk is inzicht te krijgen in restanten van supernova’s zoals de Krabnevel, omdat ze gebruikt kunnen worden om de afstand tot andere sterrenstelsels te meten, wat tegenwoordig een terrein van intensief onderzoek is. Zoals wij hebben gezien, zijn de verschillen van mening over de afstanden tot andere sterrenstelsels onlangs aanleiding geweest tot een levendig debat over het oerknalmodel van de schepping van het heelal.
Voorbij Taurus, maar nog steeds zichtbaar op het noordelijk halfrond aan de westelijke januarihemel, bevindt zich in het sterrenbeeld Andromeda een zachte gloed. Die gloed is het sterrenstelsel Andromeda, het verste object dat zichtbaar is met het blote oog. De wonderen van Orion en Taurus bevinden zich in onze eigen kosmische achtertuin — binnen enkele duizenden lichtjaren van de aarde. Nu turen wij echter naar schatting twee miljoen lichtjaren ver naar een grote spiraal van sterren die veel weg heeft van ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg, maar nog groter is — van het ene uiteinde tot het andere ongeveer 180.000 lichtjaren. Terwijl u naar de zachte gloed van Andromeda kijkt, worden uw ogen getroffen door licht dat wel eens ruim twee miljoen jaar oud zou kunnen zijn!
De afgelopen jaren zijn Margaret Geller en anderen begonnen aan ambitieuze programma’s om alle sterrenstelsels rondom ons in drie dimensies in kaart te brengen, en de resultaten hebben serieuze twijfels aan de oerknaltheorie doen rijzen. In plaats van een gelijkmatige verdeling van sterrenstelsels in elke richting te zien, ontdekten de cartografen van de kosmos een „tapijtwerk van sterrenstelsels” in een structuur die zich miljoenen lichtjaren ver uitstrekt. „Hoe dat tapijtwerk werd geweven uit de bijna uniforme materie van het pasgeboren heelal is een van de dringendste vragen in de kosmologie”, aldus een recent verslag in het gerenommeerde blad Science.
Wij zijn deze avond begonnen met een blik op onze nachtelijke januarihemel en hebben al snel niet alleen adembenemende schoonheid ontdekt maar ook vragen en mysteries die op het terrein van de aard en oorsprong van het heelal liggen. Hoe is het begonnen? Hoe is het in zijn huidige complexe fase beland? Wat zal er met de hemelwonderen die ons omringen gebeuren? Kan iemand dat zeggen? Laten wij eens kijken.
[Kader op blz. 8]
Hoe weet men hoe groot de afstand is?
Wanneer astronomen ons vertellen dat het sterrenbeeld Andromeda twee miljoen lichtjaren van ons af ligt, geven zij ons in werkelijkheid een gefundeerde schatting. Niemand heeft nog een methode bedacht om zulke verbijsterende afstanden rechtstreeks te meten. Afstanden naar de dichtstbijgelegen sterren, die binnen de ruwweg 200 lichtjaren, zijn rechtstreeks te meten aan de hand van de sterparallaxen, waarbij simpele driehoeksmeting komt kijken. Maar dat lukt alleen bij sterren die zo dicht bij de aarde staan, dat ze enigszins lijken te bewegen terwijl de aarde rond de zon draait. De meeste sterren, en alle sterrenstelsels, staan veel verder weg. Daar begint het giswerk. Zelfs sterren in onze eigen achtertuin, zoals de beroemde rode superreus Betelgeuze in Orion, zijn onderhevig aan giswerk, en de geschatte afstanden daarvoor variëren van 300 tot ruim 1000 lichtjaren. Het behoeft ons dan ook niet te verbazen bij astronomen afwijkende meningen aan te treffen over de een miljoen maal grotere afstanden tot sterrenstelsels.
[Kader op blz. 8]
Supernova’s, pulsars en zwarte gaten
In het centrum van de Krabnevel ligt een van de vreemdste objecten in het ons bekende heelal. Volgens wetenschappers draait het nietige overblijfsel van een gestorven ster, samengedrukt tot ongelofelijke dichtheden, dertigmaal per seconde rond in zijn graf, waarbij het een straal van radiogolven uitzendt die in 1968 voor het eerst op aarde bespeurd werden. Het wordt een pulsar genoemd, beschreven als een dermate compact, roterend supernovarestant, dat de elektronen en protonen in de atomen van de oorspronkelijke ster samengeperst zijn tot neutronen. Volgens wetenschappers was het eens de reusachtige kern van een superreuzenster als de Betelgeuze of Rigel in Orion. Toen de ster explodeerde en de buitenste lagen de ruimte in werden geslingerd, bleef alleen de gekrompen kern over, een gloeiende, withete sintel, waarvan het nucleaire vuur lang geleden gedoofd is.
Stel u eens voor dat een ster zo kolossaal als twee van onze zonnen samengedrukt werd tot een bol met een doorsnede van 15 tot 20 kilometer! Stel u voor dat de planeet Aarde werd samengeperst tot 120 meter. Een kubieke centimeter van die materie zou meer dan een miljard ton wegen.
Zelfs dit lijkt niet het laatste woord te zijn over samengeperste materie. Indien wij de aarde helemaal zouden laten krimpen tot de omvang van een knikker, zou het gravitatieveld van de aarde uiteindelijk zo krachtig worden, dat er zelfs geen licht zou kunnen ontsnappen. Dan zou onze minuscule aarde lijken te verdwijnen in wat men een zwart gat noemt. Hoewel de meeste astronomen erin geloven, is nog steeds niet bewezen dat zwarte gaten bestaan, en ze schijnen niet zo veel voor te komen als enkele jaren geleden werd gedacht.
[Kader op blz. 10]
Zijn die kleuren echt?
Mensen die de hemel afspeuren met een kleine telescoop voelen zich vaak enigszins teleurgesteld als zij voor het eerst een bekend sterrenstelsel of een beroemde nevel lokaliseren. Waar zijn de prachtige kleuren die zij op foto’s hebben gezien? „De kleuren van sterrenstelsels zijn voor het menselijk oog niet rechtstreeks te zien, zelfs niet door de grootste bestaande telescopen,” merkt de astronoom en wetenschappelijk schrijver Timothy Ferris op, „want hun licht is te zwak om de kleurreceptoren van het netvlies te stimuleren.” Sommigen hebben daaruit de conclusie getrokken dat de prachtige kleuren op astronomische foto’s nep zijn, dat ze op de een of andere manier gewoon toegevoegd zijn. Dat is echter niet het geval. „De kleuren zelf zijn echt”, schrijft Ferris, „en de foto’s zijn het resultaat van de inspanningen van astronomen om ze nauwkeurig weer te geven.”
In zijn boek Galaxies legt Ferris uit dat de foto’s van vage verre objecten, zoals sterrenstelsels of de meeste nevels, „tijdopnamen zijn, verkregen door een telescoop op een sterrenstelsel te richten en een fotografische plaat wel verscheidene uren te belichten terwijl het licht van de sterren in de fotografische emulsie doordringt. In die tijd zorgt een aandrijfmechanisme ervoor dat de aardrotatie wordt gecompenseerd en de telescoop op het sterrenstelsel gericht blijft, terwijl de astronoom, of in sommige gevallen een automatische volginrichting, minuscule correcties aanbrengt.”
[Diagram/Illustraties op blz. 7]
(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)
1 Het sterrenbeeld Orion, wereldwijd een vertrouwde aanblik aan de januarihemel
2 De Orionnevel, een verbluffend mooie close-up van de wazige „ster”
3 Diep in de Orionnevel — een kosmische kraamkamer?
[Verantwoording]
nr. 2: Astro Photo - Oakview, CA
nr. 3: C. R. O‘Dell/Rice University/NASA-foto
[Illustratie op blz. 9]
Het sterrenstelsel Andromeda, het verste object dat zichtbaar is met het blote oog. De snelheid waarmee het roteert, schijnt in te druisen tegen Newtons gravitatiewet en roept de vraag op of er voor telescopen onzichtbare, donkere materie bestaat
[Verantwoording]
Astro Photo - Oakview, CA
[Illustratie op blz. 9]
De Krabnevel in Taurus — graf van een ster?
[Verantwoording]
Bill en Sally Fletcher
[Illustraties op blz. 10]
Boven: Het sterrenstelsel Karrewiel. Een kleiner sterrenstelsel is ermee in botsing gekomen, erdoorheen geraasd en heeft in zijn spoor de blauwe ring van miljarden pasgevormde sterren rondom het sterrenstelsel Karrewiel achtergelaten
[Verantwoording]
Kirk Borne (ST Scl) en NASA
Onder: De Katteoognevel. Het effect van twee sterren die om elkaar heen draaien, is de eenvoudigste verklaring voor de ingewikkelde structuren
[Verantwoording]
J. P. Harrington en K. J. Borkowski (University of Maryland) en NASA