Al bijna een eeuw lang hebben astronomen begrepen dat het heelal in een staat van expansie verkeert. Dit is een gevolg van algemene relativiteitstheorie, en de snelheid waarmee het zich uitbreidt, staat bekend als de Hubble-constante - genoemd naar de man die de verschijnselen voor het eerst opmerkte. Astronomen hebben echter ook geleerd dat binnen de grootschalige structuren van het heelal ook sterrenstelsels en clusters dichter en ten opzichte van elkaar zijn gekomen.
Al tientallen jaren proberen astronomen na te gaan hoe deze bewegingen in de loop van de kosmische geschiedenis hebben plaatsgevonden. En dankzij de inspanningen van een internationaal team van astronomen is de meest gedetailleerde kaart tot nu toe gemaakt van de banen van sterrenstelsels die in de Maagd Supercluster liggen. Deze kaart omvat de bewegingen uit het verleden van bijna 1.400 sterrenstelsels binnen 100 miljoen lichtjaar ruimte, en laat zien hoe onze kosmische buurt is veranderd.
De studie met details over hun onderzoek is onlangs verschenen The Astrophysical Journal onder de titel "Action Dynamics of the Local Supercluster". Onder leiding van Edward J. Shaya van de Universiteit van Maryland, bestond het team uit leden van het UH Institute of Astronomy, het Racah Institute of Physics in Jeruzalem en het Institute for Research of the Fundamental Laws of the Universe (IRFU) in Parijs.
Voor hun onderzoek gebruikte het team gegevens uit de CosmicFlows-onderzoeken, een reeks van drie onderzoeken die de afstand en snelheid van naburige sterrenstelsels tussen 2011 en 2016 berekenden. Verschillende leden van het onderzoeksteam waren betrokken bij deze onderzoeken, die ze vervolgens gecombineerd met andere afstands- en zwaartekrachtveldschattingen om een enorme stromingsstudie van de Virgo Supercluster te construeren.
Hieruit konden ze computermodellen maken die de bewegingen van bijna 1.400 sterrenstelsels in kaart brachten binnen 100 miljoen lichtjaar en in de loop van 13 miljard jaar (slechts 800 miljoen jaar na de oerknal). Zoals Brent Tully, een astronoom bij het UH Institute of Astronomy en co-auteur van de studie, in een UH-persbericht uitlegde:
“Voor het eerst visualiseren we niet alleen de gedetailleerde structuur van onze Lokale Supercluster van sterrenstelsels, maar we zien hoe de structuur zich heeft ontwikkeld gedurende de geschiedenis van het universum. Een analogie is de studie van de huidige geografie van de aarde vanuit de beweging van de platentektoniek. ”
Wat ze ontdekten was dat hun modellen goed passen bij de huidige snelheidsstroming, wat betekent dat de structuren en snelheden die ze in hun modellen waarnamen, passen bij wat er tegenwoordig is waargenomen vanuit sterrenstelsels. Ze stelden ook vast dat binnen het gebied van de ruimte dat ze in kaart hebben gebracht, de belangrijkste aantrekkingskracht op de zwaartekracht de Maagdcluster is - die zich op ongeveer 50 miljoen lichtjaar afstand bevindt en tussen 1300 en 2000 sterrenstelsels bevat.
Bovendien wees hun onderzoek uit dat er de afgelopen 13 miljard jaar meer dan duizend sterrenstelsels in de Maagdcluster zijn gevallen, terwijl uiteindelijk alle sterrenstelsels binnen 40 miljoen lichtjaar van de cluster zullen worden gevangen. Op dit moment ligt de Melkweg net buiten deze veroveringszone, maar zowel de Melkweg als de Andromedanevel zijn voorbestemd om in de komende 4 miljard jaar samen te smelten.
Als ze dat eenmaal doen, zal het lot van het resulterende enorme sterrenstelsel vergelijkbaar zijn met de rest van de sterrenstelsels in het studiegebied. Dit was weer een afhaalmaaltijd uit het onderzoek, waarbij het team vaststelde dat deze fusiegebeurtenissen slechts deel uitmaken van een groter patroon. Kortom, binnen het gebied van de ruimte dat ze hebben waargenomen, zijn er twee overkoepelende stroompatronen. Binnen een halfrond van dit gebied stromen alle sterrenstelsels - inclusief de Melkweg - naar een enkele vlakke plaat.
Tegelijkertijd beweegt elk sterrenstelsel over het hele volume van de ruimte zich naar zwaartekracht-attractoren die zich ver buiten het studiegebied bevinden. Ze stelden vast dat deze externe krachten niemand minder zijn dan de Centaurus Supercluster - een cluster van honderden sterrenstelsels, op ongeveer 170 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Centaurus - en de Grote Aantrekker.
De Grote Attractor bevindt zich op 150 miljoen lichtjaar afstand en is een mysterieus gebied dat vanwege zijn ligging (aan de andere kant van de Melkweg) niet te zien is. Al tientallen jaren weten wetenschappers echter dat ons sterrenstelsel en andere nabijgelegen sterrenstelsels ernaartoe gaan. De regio is ook de kern van de Laniakea Supercluster, een regio die meer dan 500 miljoen lichtjaar beslaat en ongeveer 100.000 grote sterrenstelsels bevat.
Kortom, terwijl het heelal in een staat van expansie verkeert, geeft de dynamiek van sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels aan dat ze nog steeds worden aangetrokken tot strakkere structuren. Binnen onze kosmische buurt is de belangrijkste aantrekkingskracht duidelijk de Maagdcluster, die alle sterrenstelsels binnen een straal van 40 miljoen lichtjaar beïnvloedt. Daarnaast zijn het de Centaurus Supercluster en de Great Attractor (als onderdeel van de grotere Laniakea Supercluster) die aan onze touwtjes trekken.
Door dit aantrekkingsproces dat de afgelopen 13 miljard jaar heeft plaatsgevonden in kaart te brengen, kunnen astronomen en kosmologen zien hoe ons heelal in de loop van het grootste deel van zijn geschiedenis is geëvolueerd. Met de tijd en verbeterde instrumenten die nog dieper in de kosmos kunnen kijken (zoals de James Webb Space Telescope), wordt van ons verwacht dat we nog verder terug kunnen tasten naar het begin van de kosmos.
Het in kaart brengen van hoe ons universum in de loop van de tijd is veranderd, bevestigt niet alleen onze kosmologische modellen en verifieert overheersende theorieën over hoe materie zich gedraagt op de grootste schaal (d.w.z. algemene relativiteitstheorie). Het stelt wetenschappers ook in staat om de toekomst van ons universum met een redelijke mate van zekerheid te voorspellen, door te modelleren hoe sterrenstelsels en superclusters uiteindelijk samen zullen komen om nog grotere structuren te vormen.
Het team heeft ook een video gemaakt met de resultaten van hun onderzoek, evenals een interactief model waarmee gebruikers het referentiekader vanuit meerdere gezichtspunten kunnen bekijken. Bekijk de onderstaande video en ga naar de UH-pagina voor toegang tot hun interactieve model.
