Soms is het moeilijk om je hoofd om je heen te wikkelen. Hoewel het misschien stationair aanvoelt, beweegt planeet Aarde eigenlijk met een gemiddelde snelheid van 29,78 km / s (107.200 km / h; 66.600 mph). En toch heeft onze planeet niets op de zon zelf, die met een snelheid van 220 km / s (792.000 km / h; 492.000 mph) rond het centrum van ons sterrenstelsel reist.
Maar zoals zo vaak het geval is met ons universum, worden de dingen alleen maar verbluffender naarmate je verder kijkt. Volgens een nieuwe studie van een internationaal team van astronomen roteren de meest massieve 'superspiraal'-sterrenstelsels in het heelal twee keer zo snel als de Melkweg. De oorzaak is volgens hen de enorme wolken (of halo's) van de donkere materie die deze sterrenstelsels omringen.
De studie, die onlangs verscheen in de Astrophysical Journal Letterswerd uitgevoerd door astronomen van het Space Telescope Science Institute (STSI), de University of Cape Town, The College of New Jersey, de Swinburne University of Technology, de University of the Western Cape en het California Institute of Technology.
Superspiraalstelsels zijn een relatief nieuw fenomeen voor astronomen en zijn pas ontdekt als gevolg van gegevens verkregen door de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) en de NASA / IPAC Extragalactic Database (NED). Tot nu toe zijn er slechts ongeveer 100 bekend, maar wat we uit deze paar hebben gezien, laat zien dat deze objecten ronduit uitzonderlijk zijn.
Ze zijn niet alleen veel groter dan de Melkweg, ze zijn ook helderder en bevatten veel meer sterren. De grootste meet een diameter van ongeveer 450.000 lichtjaar (vergeleken met de Melkweg, die naar schatting 100.000 lichtjaar beslaat) en is ongeveer 20 keer zo groot. En gebaseerd op de studie die werd geleid door de onderzoekers van de STSI, lijken ze ook veel sneller te draaien.
Voor hun studie vertrouwde het team op nieuwe gegevens die met de Southern African Large Telescope (SALT) waren verzameld om de rotatiecurven voor 23 bekende massieve spiraalstelsels te meten. Aanvullende gegevens werden geleverd door de 5-meter Hale-telescoop in het Palomar-observatorium, terwijl NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) -missie vitale gegevens leverde over de massa's van de sterrenstelsels en de snelheid van stervorming.
Zoals Tom Jarrett van de Universiteit van Kaapstad, Zuid-Afrika, zei over de studie:
“Dit werk illustreert prachtig de krachtige synergie tussen optische en infraroodwaarnemingen van sterrenstelsels, onthult stellaire bewegingen met SDSS- en SALT-spectroscopie en andere stellaire eigenschappen - met name de stellaire massa of 'ruggengraat' van de gaststelsels - via de WISE midden-infraroodbeeldvorming . '
Wat ze ontdekten was dat deze sterrenstelsels veel sneller draaien dan de Melkweg, met de grootste rotatie met een snelheid tot 570 km / s (350 mps) - bijna driemaal zo snel. Bovendien ontdekte het team dat de rotatiesnelheid van superspiralen de massa van hun samenstellende sterren, gas en stof enorm overschreed. Dit sluit aan bij wat wetenschappers al tientallen jaren waarnemen, wat suggereert dat donkere materie verantwoordelijk is.
“Superspiralen zijn in veel opzichten extreem. Ze breken de records voor rotatiesnelheden ”, zegt Patrick Ogle, een onderzoeker bij de STSI en de hoofdauteur van het onderzoek. "Het lijkt erop dat de spin van een sterrenstelsel wordt bepaald door de massa van de halo van de donkere materie ... Dit is de eerste keer dat we spiraalstelsels vinden die zo groot zijn als ze ooit kunnen krijgen."
In wezen concludeerden Ogle en zijn collega's dat superspiralen worden omringd door grotere dan gemiddelde halo's voor donkere materie. Ogle en zijn team hebben zelfs vastgesteld dat de meest massieve halo gelijk was aan ongeveer 40 biljoen zonsmassa's. Astronomen verwachten meestal dat ze zoveel donkere materie zullen vinden rond een groep sterrenstelsels, in plaats van een enkele.
Deze studie is een ander bewijs tegen alternatieve theorieën over zwaartekracht die de aanwezigheid van donkere materie proberen uit te sluiten. Een populair voorbeeld is bekend als Modified Newtonian Dynamics (MOND), wat suggereert dat de zwaartekracht, als het gaat om de meest massieve structuren in de kosmos (sterrenstelsels en melkwegclusters), iets sterker is dan zou worden voorspeld door Newton of Einstein.
MOND kan echter geen verklaring bieden voor de waargenomen rotatiesnelheden van superspiralen, wat suggereert dat er geen niet-Newtoniaanse dynamica vereist is. Een andere afhaalmogelijkheid van deze waarnemingen was dat superspiralen veel minder sterren bevatten dan verwacht, gezien de enorme halo's van donkere materie die hen omringen. Dit suggereert dat een overvloed aan donkere materie de stervorming in sterrenstelsels kan remmen.
Het onderzoeksteam stelt hiervoor twee mogelijkheden voor. Aan de ene kant kan het zijn dat al het extra gas dat in de melkweg wordt getrokken, wordt opgewarmd door de snelle rotatie tot het punt dat afkoeling en klontering (en dus zwaartekrachtinval) minder waarschijnlijk is. Aan de andere kant is het mogelijk dat de snelle draaiing van de melkweg de gaswolken verstoort, waardoor ze moeilijker kunnen samensmelten en instorten.
Desondanks kunnen de waargenomen superspiralen nog steeds stervorming ervaren - met een snelheid van ongeveer 30 zonsmassa's per jaar (of 30 keer die van de Melkweg). Vooruitblikkend hopen Ogle en zijn team verdere waarnemingen te doen in de hoop meer te leren over de beweging van gas en sterren in de schijven van superspiralen.
Deze en andere vragen met betrekking tot superspiralen zullen waarschijnlijk worden aangepakt door instrumenten van de volgende generatie, zoals de James Webb Space Telescope (JWST) en de Wide-Field Infrared Space Telescope (WFIRST). Eenmaal ingezet, kunnen deze telescopen meer superspiralen op nog grotere afstanden bestuderen, wat dus in een eerdere fase van
