Kijk in de sterren

Vervolg van de Oppepper van 12 juni

Zonnevlekken

Zonnevlekken zijn gebieden waar de Zon als magneet extra actief is. Op plekken waar het magneetveld sterker is, wordt minder warmte vanuit het binnenste van de Zon naar het oppervlak gebracht. De temperatuur is op de plek van de vlek lager dan in het gebied er omheen. Een koeler gebied straalt minder licht uit en is daardoor donkerder van kleur. Na verloop van een week tot maand verdwijnen zonnevlekken weer. Meestal verschijnen zonnevlekken in paren, elk met een tegenovergestelde magnetische pool. De zonnevlekken bewegen van oost naar west over de zonneschijf. Deze beweging is schijnbaar, want net als alle andere hemellichamen draait ook de Zon om haar eigen as. We zien daardoor de vlek bewegen omdat ze meebeweegt met het draaien van de Zon. Het aantal zonnevlekken dat zichtbaar is op de Zon is niet constant maar fluctueert tussen weinig – of zelfs geen – tot een maximum in een elfjarige cyclus.

Cyclus 25

Eind 2019 is de huidige cyclus begonnen: cyclus 25. Zo benoemd sinds de start van systematische tellingen in de 18e eeuw. De cyclus van 1755-1766 wordt traditioneel genummerd als “1”. Ook in de rustige periode (zonneminimum) zijn er zonnevlammen en zonnevlekken, maar beduidend minder dan bij het maximum. Niet ieder maximum is even hoog. De kans op poollicht is het grootst in jaren met veel zonactiviteit. Dit jaar werd begin mei een hevige uitbarsting op de Zon waargenomen, na een relatief rustige periode. De uitbarsting verstoorde het radioverkeer boven de Atlantische Oceaan en Europa. De verwachting is dat de komende tijd meer uitbarstingen zullen optreden. Op basis van de elfjarige cyclus die in het verleden gezien is, wordt verwacht dat de piek in de zomer van 2026 bereikt wordt, waarna de activiteit weer afneemt. In een “actieve” periode, wisselen de magnetische polen van de Zon van plaats. De poolverschuiving vindt altijd plaats rond het zonnemaximum. Ofschoon de activiteit nu toeneemt, wordt verwacht dat de nieuwe zonnecyclus weinig reden tot zorg geeft. De kracht van zonnecycli vertoont sinds de jaren 1980 een duidelijke neerwaartse trend.

Maar … de natuur heeft zijn eigen idee over regelmaat en uitschieters.

Waarneemgeschiedenis

Het waarnemen van zonnevlekken is niet zonder gevaar voor de ogen. Je moet nooit rechtstreeks in de Zon kijken. Vroege waarnemingen zijn meestal per ongeluk gedaan doordat het bewolkt was of de zon laag aan de horizon stond. Het oudst overgeleverde verslag van een waarneming van – vermoedelijk – een zonnevlek komt uit China uit 364 v.Chr. Een eerste duidelijke vermelding van een zonnevlek in de Griekse literatuur dateert van rond 300 v.Chr. Verder is er één waarneming bekend uit de negende eeuw en twee uit de 12e eeuw. Pas vanaf begin 17e eeuw worden de waarnemingen talrijker doordat speciale zonnetelescopen gebouwd werden waarmee het wel veilig observeren was. Ook geeft Galileo een – weliswaar foutieve – verklaring dat het een fenomeen is dat op de Zon plaatsvindt. Daarvoor kan men ook een overgang van de planeet Mercurius aangezien hebben voor een zonnevlek. In 1775 sprak de Deense astronoom Christian Horrebow het vermoeden uit dat er sprake was van een zekere periodiciteit. Dit vermoeden werd zo’n 70 jaar later bevestigd door de Duitser Samuel Schwabe. Hij veronderstelde dat een cyclus tien of elf jaar duurt. Begin twintigste eeuw werd ontdekt dat zonnevlekken sterk gemagnetiseerd waren. En zo vielen langzaam de puzzelstukjes samen. Ook bleek dat het magneetveld omkeert van de ene cyclus naar de volgende.

Invloed op klimaat

Wanneer we de afgelopen 400 jaar terugkijken dan valt de lange lage periode in de 17^e eeuw op. Deze periode wordt het Maunder minimum genoemd en valt samen met de zogenaamde “Kleine ijstijd”, zo genoemd omdat tussen 1645 en 1715 zeer veel koude winters gerapporteerd werden. Uit die periode stammen veel schilderijen met een winters landschap. De vraag is of de veranderlijke activiteit van de Zon hier een rol speelt. In de gemiddelde temperatuur over de gehele wereld gezien zijn die variaties echter nauwelijks terug te vinden. De bijdrage van de Zon is klein in verhouding tot de bijdrage van broeikasgassen.

Carol v.d. Wijngaart

UGC 2885 (Rubin’s Galaxy) en donkere materie

Dit is een foto gemaakt door de Hubble Ruimtetelescoop. Om te begrijpen wat we hier zien moeten we bedenken dat we via deze foto een reis door de ruimte maken: er zijn objecten die dichtbij zijn en andere die ver weg liggen (bekijk dit filmpje). Tussen die twee groepen ligt een bijna lege ruimte. De heldere, stekelige sterren liggen dichtbij en liggen ruim binnen ons eigen Melkwegstelsel in de richting van het sterrenbeeld Perseus. Verder scherp in beeld is het sterrenstelsel UGC 2885. Dit is een gigantisch spiraalstelsel op de enorme afstand van ongeveer 232 miljoen lichtjaar. Het heeft een doorsnede van zo’n 800.000 lichtjaar, wat 2,5 keer breder is dan ons Melkwegstelsel. Het aantal sterren wordt geschat op tien keer zoveel sterren als in de Melkweg. Dit sterrenstelsel heeft een rustig leven geleid door niet in botsing te komen met andere grote sterrenstelsels. UGC 2885 heeft geleidelijk waterstof uit zijn omgeving opgeslurpt en zo gedurende vele miljarden jaren in een langzaam en gestaag tempo nieuwe sterren gemaakt en zijn vorm gekregen.

Wat maakt UGC 2885 interessant?

UGC 2885 is bijzonder omdat het zich redelijk geïsoleerd in de ruimte bevindt. Er dreigen geen nabije sterrenstelsels op te botsen en de spiraalvormige schijf te verstoren. Het is nog niet duidelijk of het sterrenstelsel tijdens zijn leven kleinere satellietstelsels heeft gekannibaliseerd of langzaam het gas heeft opgehoopt dat nodig is om nieuwe sterren te vormen. Het stelsel maakte deel uit van een onderzoek door astronoom Vera Rubin (1928 – 2006). Haar onderzoek betrof te begrijpen hoe sterrenstelsels tot zulke enorme afmetingen kunnen groeien. Hiertoe keek ze naar de rotatie van sterren binnen veel spiraalvormige soortgenoten. Een onverwacht resultaat van haar werk was dat het als eerste overtuigend de dominante aanwezigheid van donkere materie in het universum aantoonde. Ter ere van die prestatie wordt UGC 2885 ook wel ‘Rubin’s Galaxy’ genoemd, met de bijnaam ‘Godzilla Galaxy’. Die bijnaam dankt het stelsel aan het feit dat het het grootste stelsel in onze directe omgeving is. [Godzilla is een film- en stripboekicoon voor een gigantisch monster.]

Donkere materie

Vera’s ontdekking bestond uit het ontdekken van een discrepantie tussen de verwachte en de waargenomen beweging van sterren in hun sterrenstelsel. Dit deed ze door rotatiecurven van veel stelsels op te meten en te bestuderen. Een rotatiecurve is een grafiek waarin de snelheden van zichtbare sterren en gas om het centrum van het stelsel getoond wordt tegen de afstand tot het centrum van dat stelsel. Onderstaand plaatje toont de curve voor het stelsel Messier 33.

Omdat de zichtbare sterren en het gas aangeven waar zich materie bevindt, vertellen de zwaartekrachtwetten van Kepler en Newton hoe de vorm van deze curve eruit zou moeten zien. Ze merkte echter dat sterren en gas in de buitengebieden net zo snel of zelfs sneller om het centrum roteren dan de sterren die zich dichtbij het centrum bevinden. Nog verontrustender was dat de sterren in de buitenste spiralen zo snel ronddraaiden dat ze op basis van hun snelheid uit de bocht – het stelsel – moeten vliegen. De massa’s van de zichtbare sterren en het gas blijken niet genoeg om te verklaren waarom het stelsel bij elkaar gehouden blijft. Er ontbreekt een buitengewone hoeveelheid materie. Deze resultaten zijn sterk in tegenspraak met wat verwacht werd. De waarnemingen kunnen alleen verklaard worden door aan te nemen dat er zich binnen en buiten het stelsel toch veel meer materie bevindt. Materie die zich echter niet laat zien en daarom donkere materie genoemd wordt.

De onverklaarbare rotatiecurven onthulden dat er veel meer massa in het universum is dan op het eerste gezicht lijkt. De kosmos zit boordevol donkere materie, tot wel 5 keer meer dan gewone materie! Zo genoemd omdat het geen straling (licht) uitzendt, geen straling absorbeert en ook geen straling reflecteert. Het is daardoor moeilijk te detecteren: alleen indirect via bijvoorbeeld rotatiekrommen. Sterrenstelsels zoals UGC 2885 zijn ingebed in een enorm gebied met donkere materie.

1. Zoom in naar UGC 2885