De band van de Melkweg is ’s nachts zichtbaar in gebieden met een donkere hemel, hier afgebeeld met verschillende Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) antennes.
Wanneer je ’s nachts naar de hemel staart, ver weg van de stadslichten, zie je misschien een vage, melkachtige band die zich over de duisternis uitstrekt. Deze etherische gloed is ons thuissterrenstelsel, de Melkweg. Het is de thuisbasis van ons zonnestelsel, inclusief onze zon en de aarde, en van alle sterren die met het blote oog zichtbaar zijn. Maar hoeveel sterren vormen dit uitgestrekte kosmische eiland? Het schatten van het aantal sterren in de Melkweg is een complexe maar fascinerende onderneming.
Het is een uitdagende taak om sterren te tellen wanneer we ons in het sterrenstelsel zelf bevinden. Stel je voor dat je bomen in een uitgestrekt bos probeert te tellen terwijl je er middenin staat! Wetenschappers hebben echter verschillende methoden ontwikkeld om tot onze beste schattingen te komen. Momenteel is de meest algemeen aanvaarde schatting dat de Melkweg ongeveer 100 miljard sterren bevat. Sommige studies suggereren zelfs dat dit aantal wel 400 miljard sterren zou kunnen zijn.
Deze miljarden sterren zijn niet willekeurig verspreid, maar zijn georganiseerd in een enorme schijfvorm, met een diameter van ongeveer 100.000 lichtjaar. Om die omvang in perspectief te plaatsen: licht reist met een ongelooflijke snelheid van ongeveer 300.000 kilometer per seconde. Een lichtjaar is de afstand die licht in één jaar aflegt! Ons zonnestelsel bevindt zich in wat beschouwd zou kunnen worden als de buitenwijken van deze galactische stad, op ongeveer 25.000 lichtjaar afstand van het galactische centrum. Net zoals de aarde om de zon draait, draaien onze zon en het hele zonnestelsel om het centrum van de Melkweg. Eén volledige omwenteling duurt maar liefst 250 miljoen jaar – een periode die bekend staat als een galactisch jaar.
Omdat we ons in de Melkweg bevinden, kunnen we er niet zomaar van buitenaf een foto van maken om de algehele structuur te zien. Dus hoe weten astronomen dat het een balkspiraalstelsel is en hoe schatten ze het aantal sterren? Ze vertrouwen op verschillende belangrijke bewijsstukken en observatietechnieken.
Een van de eerste aanwijzingen komt van de melkachtige band die we ’s nachts aan de hemel zien – het kenmerk dat ons sterrenstelsel zijn naam gaf. Deze lichtband is het resultaat van het bekijken van de dichte schijf van sterren die de Melkweg vormen vanuit ons gezichtspunt binnen die schijf. Het vertelt ons onmiddellijk dat ons sterrenstelsel in wezen plat en schijfvormig is. Als de sterren in een bolvorm verdeeld zouden zijn, zoals in een elliptisch sterrenstelsel, zouden we deze band niet aan de hemel zien.
Deze hemelwijde afbeelding van het DIRBE-instrument op COBE toont het platte vlak van de Melkweg, wat de schijfvormige structuur bevestigt.
Om een completer beeld te krijgen, gebruiken astronomen telescopen op aarde en in de ruimte om talloze afbeeldingen te maken van de schijf van de Melkweg in verschillende richtingen. Dit is vergelijkbaar met het maken van een panoramafoto met je telefoon. Door deze afbeeldingen samen te voegen, kunnen ze de verdeling van sterren en gas in kaart brengen. De concentratie van sterren in een band versterkt verder het bewijs dat de Melkweg een spiraalstelsel is.
Een andere cruciale aanwijzing komt van het in kaart brengen van jonge, heldere sterren en wolken van geïoniseerd waterstof, bekend als HII-gebieden, binnen de schijf van de Melkweg. Deze HII-gebieden worden gecreëerd wanneer jonge, hete sterren intense ultraviolette straling uitzenden die het omringende waterstofgas ioniseert, waardoor elektronen van waterstofatomen worden gestript. Deze gebieden zijn belangrijke markeringen van spiraalarmen in andere spiraalstelsels die we waarnemen. Door hun locaties in ons eigen sterrenstelsel in kaart te brengen, kunnen astronomen de spiraalstructuur van de Melkweg traceren. Deze HII-gebieden zijn helder genoeg om over de galactische schijf heen te worden gezien, behalve waar het dichte centrale gebied van het sterrenstelsel ons zicht belemmert.
Jarenlang was er discussie over de vraag of de Melkweg twee of vier grote spiraalarmen had. Recente gegevens en nauwkeurigere metingen hebben echter het model van een vierarmig spiraalstelsel versterkt. Deze structuur is geïllustreerd in artistieke concepten op basis van de verdeling van jonge, massieve sterren en HII-gebieden.
Gebaseerd op de gemeten locaties van jonge, hete sterren (rood) en geïoniseerde waterstofgaswolken (blauw), illustreert dit artistieke concept de vierarmige spiraalstructuur van de Melkweg.
Verder bewijs voor de spiraalvorm van de Melkweg komt voort uit het analyseren van andere eigenschappen. Astronomen meten de hoeveelheid stof in ons sterrenstelsel en de dominante kleuren van het licht dat we waarnemen. Deze kenmerken komen sterk overeen met die van andere typische spiraalstelsels die we in het hele universum zien. Het combineren van al deze bewijsstukken stelt ons in staat om een uitgebreid beeld van de Melkweg te construeren, ook al kunnen we er niet uitstappen om het direct te bekijken.
Hoewel het aantal sterren in de Melkweg enorm is, is ons sterrenstelsel slechts één van de miljarden in het waarneembare universum. In feite zijn slechts drie sterrenstelsels buiten de onze zonder telescoop te zien, die er met het blote oog uitzien als vage, wazige vlekken. De dichtstbijzijnde hiervan zijn de Grote en Kleine Magelhaense Wolken, satellietstelsels van de Melkweg die zichtbaar zijn vanaf het zuidelijk halfrond. Zelfs deze “nabijgelegen” sterrenstelsels zijn ongeveer 160.000 lichtjaar verwijderd. Het Andromedastelsel, een groter spiraalstelsel, is zichtbaar vanaf het noordelijk halfrond onder een donkere hemel. Op 2,5 miljoen lichtjaar afstand is het onze dichtstbijzijnde grote galactische buur en beweegt het zich zelfs naar ons toe. Wetenschappers voorspellen dat het Andromedastelsel over ongeveer 4 miljard jaar zal botsen en samensmelten met de Melkweg in een spectaculaire kosmische gebeurtenis. De meeste andere sterrenstelsels zijn nog verder weg en vereisen krachtige telescopen om te worden waargenomen.
Het Andromedastelsel, ons dichtstbijzijnde grote buursterrenstelsel in de ruimte, is een spiraalstelsel dat vergelijkbaar is met onze eigen Melkweg.
Het begrijpen van het aantal sterren in ons sterrenstelsel, de Melkweg, is een continu proces van astronomische observatie en verfijning. Hoewel schattingen kunnen variëren, wijst de huidige consensus op honderden miljarden sterren die samengebonden zijn in een prachtige spiraalstructuur, ons kosmische thuis in het uitgestrekte universum.
