Artistieke impressie van een computermodel van de Melkweg en de globulaire sterrenclusters rondom. ESA/Hubble, NASA, L. Calçada

Het mysterie van de massa van de Melkweg: 1,5 biljoen keer de massa van de zon

Wat is de massa van onze Melkweg? Een vraag die astronomen al jaren bezighoudt en waar maar moeilijk duidelijkheid over te krijgen is. Amerikaanse en Europese astronomen hebben de meest accurate schatting tot nu toe kunnen maken: ons melkwegstelsel heeft een massa van 1,5 biljoen (een 1 met 12 nullen) keer de massa van de zon.

Ons melkwegstelsel heeft al verschillende geheimen prijsgegeven, maar nog meer mysteries blijven over. De massa ervan, bijvoorbeeld, is een vraag die wetenschappers al lang bezighoudt. De schattingen liepen fel uiteen: van 500 miljard keer de massa van de zon tot 3 biljoen keer (een 1 met 12 nullen, nvr).

Je kan de Melkweg niet bepaald op een weegschaal leggen, maar Amerikaanse en Europese astronomen zijn erin geslaagd om er nu een nauwkeuriger getal op te plakken. De massa van onze Melkweg, dat is 1,5 biljoen keer de massa van de zon. Slechts een 10 procent daarvan wordt bepaald door de ongeveer 200 miljard sterren in de Melkweg en omvat ook een supermassive black hole, een enorm zwart gat van 4 miljoen keer de massa van de zon.

De rest zit verborgen in donkere materie, een onzichtbare substantie die eenvoudigweg gezegd de sterren in het universum op hun plaats houdt. Astronomen zijn nog altijd op zoek naar bewijzen van donkere materie, welke vorm die materie ook mag aannemen. Tot nu toe hebben ze nog geen donkere materie kunnen detecteren, maar desondanks weten ze wel dat het bestaat.

Dé grote moeilijkheid, in het verleden en ook nu, bij het bepalen van de massa van ons melkwegstelsel, was net die ongrijpbare donkere materie.

Donkere materie

Wetenschappers van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA en het Europese ruimtevaartagentschap ESA sloegen de handen in elkaar om de massa van de Melkweg accurater te kunnen bepalen. Dat deden ze door gegevens van de Amerikaanse Hubble-telescoop en van de Europese Gaia-satelliet te combineren.

Gaia werd in 2014 gelanceerd en maakt sindsdien een soort 3D-beeld van de objecten in de Melkweg, inclusief zogenoemde globular star clusters, globulaire sterrenclusters, dat zijn dichte bundels van duizenden tot miljoenen sterren. Gaia kan het hele melkwegstelsel afspeuren. De Hubble heeft een kleiner gezichtsveld dan Gaia, maar kan zwakker schijnende, en dus veel verder afgelegen sterrenclusters detecteren.

Foto: de globulaire sterrencluster NGC 4147, op 60.000 lichtjaren van de aarde:

ESA/Hubble & NASA, T. Sohn et al.

Die sterrenclusters zijn volgens de NASA- en ESA-wetenschappers cruciaal omdat ze de oudste sterren bevatten, geboren "slechts" een paar honderd miljoen jaar na de oerknal. "Door hun grote afstand zijn ze de beste trackers die astronomen hebben om de massa van donkere materie bij onze Melkweg te meten", zegt Hubble-astronoom Tony Sohn.

Door de data van zowel Hubble als Gaia te combineren en als het ware op een kaart vast te pinnen, konden astronomen de verdeling van de massa beter bepalen, en kwamen ze uit bij een getal van 1,5 biljoen keer de massa van de zon.

Foto: links een deel van de sterrencluster NGC 5466, rechts beelden van de Hubble met tien jaar verschil, om de snelheid van de cluster te bepalen:

NASA, ESA and S.T. Sohn and J. DePasquale (STScI)

Vergelijken met andere sterrenstelsels

"De precieze massa van onze Melkweg niet kennen is een probleem voor heel wat kosmologische vragen. We willen een meer accurate schatting van de massa van de Melkweg, zodat we ons stelsel in een kosmologische context kunnen plaatsen en vergelijken met andere stelsels in ons universum", zegt NASA-wetenschapper Roeland van der Marel.

De nieuwe schatting plaatst de Melkweg aan de iets "voluptueuzere" kant, vergeleken met andere sterrenstelsels in het heelal. De "lichtste" stelsels hebben een massa van ongeveer 1 miljard keer de massa van de zon, de "zwaarste" van 30 biljoen keer de massa van de zon.

Massa versus gewicht

Voor alle duidelijkheid: massa is iets anders dan gewicht. Massa geeft de hoeveelheid materie van een voorwerp weer en wordt gemeten in kilogram. Gewicht is de kracht die een voorwerp op een ondergrond uitoefent, uitgedrukt in Newton. In het dagelijks leven worden massa en gewicht door elkaar gebruikt, maar eigenlijk klopt dat niet helemaal.

Gewicht is een gevolg van massa, zwaartekracht en de aanwezigheid van een ondergrond die dingen tegenhoudt. Als wij gewicht zeggen, bedoelen we meestal massa. Ter vergelijking: op de aarde hebben mensen dezelfde massa (hoeveelheid materie) als op de maan, maar hun gewicht is anders (door de veel kleinere zwaartekracht op de maan).

Meer lezen?