Spiraalstelsels behoren tot de mooiste en meest overvloedige Galaxy-typen in de kosmos. Wanneer kunstenaars sterrenstelsels tekenen, zijn spiralen wat ze voor het eerst visualiseren. Dit komt waarschijnlijk doordat de Melkweg is een spiraal; net als de naburige Andromeda Galaxy. Hun vormen zijn het resultaat van lange galactische evolutie-activiteiten die astronomen nog steeds proberen te begrijpen.
Kenmerken van spiraalstelsels
Spiraalstelsels worden gekenmerkt door hun vegende armen die zich in een spiraalvormig patroon uitstrekken van het centrale gebied. Ze zijn onderverdeeld in klassen op basis van hoe strak de armen zijn gewonden, met de strakste geclassificeerd als Sa en die met de meest losjes gewonden armen als Sd.
Sommige spiraalstelsels hebben een "staaf" die door het midden gaat en waarvan de spiraalarmen zich uitstrekken. Deze zijn geclassificeerd als geblokkeerde spiralen en volgen hetzelfde subclassificatiemodel als "normale" spiraalstelsels, behalve met de aanwijzers SBa - SBd. Onze eigen Melkweg is een balkspiraal, met een dikke "bergkam" van sterren en gas en stof die door het midden stroomt kern.
Sommige sterrenstelsels zijn geclassificeerd als S0. Dit zijn sterrenstelsels waarvan het onmogelijk is te zeggen of er een "balk" aanwezig is.
Veel spiraalstelsels hebben een zogenaamde galactische uitstulping. Dit is een bolvorm vol met veel sterren en bevat daarin een superzwaar zwart gat die de rest van de melkweg met elkaar verbindt.
Van de zijkant zien spiralen eruit als platte schijven met centrale sferoïden. We zien veel sterren en wolken van gas en stof. Ze bevatten echter ook iets anders: enorme halo's van donkere materie. Dit mysterieuze 'spul' is onzichtbaar voor elk experiment dat het direct heeft willen observeren. Donkere materie speelt een rol in sterrenstelsels, die ook nog steeds wordt bepaald.
Stersoorten
De spiraalarmen van deze sterrenstelsels zijn gevuld met veel hete, jonge blauwe sterren en nog meer gas en stof (massa). In feite is onze zon een vreemde eend in de bijt, gezien het type bedrijf dat hij in deze regio heeft.
Binnen de centrale uitstulping van spiraalstelsels met lossere spiraalarmen (Sc en Sd) lijkt de populatie van sterren sterk op die in de spiraalarmen, jonge hete blauwe sterren, maar met een veel grotere dichtheid.
In contracten hebben spiraalstelsels met strakkere armen (Sa en Sb) meestal oude, koele, rode sterren die heel weinig metaal bevatten.
En terwijl de overgrote meerderheid van de sterren in deze sterrenstelsels zich ofwel in het vlak van de spiraalarmen of de uitstulping bevindt, bestaat er een halo rond de melkweg. Hoewel dit gebied wordt gedomineerd door donkere materie, zijn er ook zeer oude sterren, meestal met een zeer lage metalliciteit, die in zeer elliptische banen door het vlak van de melkweg cirkelen.
Vorming
De vorming van kenmerken van spiraalarmen in sterrenstelsels is grotendeels te wijten aan het zwaartekrachtseffect van materiaal in de melkweg terwijl golven er doorheen gaan. Dit stelt dat pools met een grotere massadichtheid vertragen en "armen" vormen terwijl de melkweg roteert. Als gas en stof door die armen gaan, wordt het samengedrukt om nieuwe sterren te vormen en de armen breiden zich verder uit in massadichtheid, wat het effect versterkt. Meer recente modellen hebben getracht donkere materie en andere eigenschappen van deze sterrenstelsels op te nemen in een complexere theorie van vorming.
Superzware zwarte gaten
Een ander bepalend kenmerk van spiraalstelsels is de aanwezigheid van superzware zwarte gaten in hun kernen. Het is niet bekend of alle spiraalstelsels een van deze kolossen bevatten, maar er is een berg indirect bewijs dat vrijwel al dergelijke sterrenstelsels ze in de uitstulping zullen bevatten.
Donkere materie
Het waren eigenlijk spiraalstelsels die voor het eerst de mogelijkheid van donkere materie suggereerden. Galactische rotatie wordt bepaald door de zwaartekrachtsinteracties van de massa's in de melkweg. Maar computersimulaties van spiraalstelsels toonden aan dat de rotatiesnelheden verschilden van die waargenomen.
Ofwel was ons begrip van algemene relativiteit gebrekkig, ofwel was er een andere bron van massa aanwezig. Sinds relativiteitstheorie is getest en geverifieerd op vrijwel alle schalen. Er is tot dusver weerstand tegen geweest.
In plaats daarvan hebben wetenschappers gepostuleerd dat er een tot nu toe ongezien deeltje bestaat dat geen interactie heeft met de elektromagnetische kracht - en de meeste waarschijnlijk niet de sterke kracht, en misschien niet eens de zwakke kracht (hoewel sommige modellen die eigenschap bevatten) - maar het werkt wel samen zwaartekracht.
Er wordt aangenomen dat spiraalstelsels een halo voor donkere materie in stand houden; een bolvormig volume van donkere materie dat de hele regio in en rond de melkweg doordringt.
Donkere materie moet nog direct worden gedetecteerd, maar er is enig indirect waarnemingsbewijs voor het bestaan ervan. De komende decennia zouden nieuwe experimenten dit mysterie moeten kunnen belichten.
Bewerkt en bijgewerkt door Carolyn Collins Petersen.