Een prachtig nieuw beeld van de Melkweg

Stel je voor …
dat je een vlieg op het plafond bent en recht onder jou ligt op tafel een pannenkoek. Als vlieg zie je van afstand een gele schijf met details van de garnering, en als je goed kijkt zie je dat de pannenkoek een bepaalde dikte heeft.
Stel je nu voor dat de mensheid een onbemande raket (aan zoiets moet je geen mensen wagen) kan wegsturen naar heeeeel ver weg en dat die precies boven het midden van onze Melkweg terugkijkend een foto maakt en die opstuurt. Dat licht zou een paar honderdduizend jaar onderweg zijn, maar dat denk je even weg.
Wat je dan op de foto zou zien, is ongeveer bovenstaand plaatje. De rode stip is de zon.  
Het plaatje is (in hoge resolutie) te vinden op https://astronomy.nju.edu.cn/xtzl/EN/index.html (NB:kopieer dit adres als tekst in de browser. Als je het rechtstreeks als link zou aantikken, verdwaal je ergens in academisch Nanjing). Voor educatieve en wetenschappelijke doelen zit er geen auteursrecht op, mits naamsvermelding “ Xing-Wu Zheng & Mark Reid  BeSSeL/NJU/CFA” .

Het onderzoek achter dit plaatje
Er wordt al  heel lang heel veel onderzoek gedaan naar de structuur van de Melkweg. Dat is moeilijk omdat de aarde zelf in de schijf zit, waardoor je allerlei structuren over elkaar heen geprojecteerd ziet, en omdat je in zichtbaar licht niet ver kunt kijken vanwege alle stof in de Melkweg. Het is alsof de vlieg in een holte in de pannenkoek zit.

Westerbork Synthesis Radio Telescoop

Daarom wordt onderzoek op grote afstanden uitgevoerd met radiotelescopen (zoals in Nederland in Westerbork). Om  de precisie te verbeteren, worden radiotelescopen die heel ver uit elkaar staan (continent-breed), met elkaar verbonden op basis van een hele precieze atoomklok. De kleine verschillen die de deelnemende telescopen ‘zien’, worden over elkaar heen gelegd (interferometrie). Dat maakt uiteindelijk een waanzinnig precieze driehoeksmeting mogelijk (een driehoeksmeting is in principe wat ook landmeters doen, maar dan veel geavanceerder). Het proces heet Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Daarvan bestaan verschillende systemen.
Voor het hierna genoemde onderzoek is het VERA-netwerk gebruikt met vier telescopen tussen het noorden en zuiden van Japan, en de Very Long Baseline Array met tien telescopen in de VS.
Men kan meer lezen op https://en.wikipedia.org/wiki/Very-long-baseline_interferometry .

Het geheel haalt een precisie van 0.00002 boogseconde (je begint met één graad-streepje op een geodriehoek, daarvan is één boogseconde het 3600ste deel, en daarvan dus het vijftigduizendste deel. Ter vergelijking: een goed menselijk oog onderscheidt op zijn best 40 boogseconde en de maan aan de hemel is ongeveer een halve graad = 1800 boogseconden).

Het eigenlijke VLBA-systeem bestaat uit de rode stippen, maar het is uitbreidbaar met de extra blauwe stippen.

 De blikvanger, waarmee dit artikel opent, is zoiets als een sterk wetenschappelijk onderbouwde artist impression. Het is een bijproduct voor educatieve doeleinden.
De artist impression is gekoppeld aan een groot internationaal onderzoek, waarin men de richting en de afstand, en de snelheid, van zo’n 200 gebieden met intense vorming van nieuwe sterren bepaald heeft. Rond die sterren hangen wolken met water en methanol, die een natuurlijke laserwerking hebben (maar dan in de radiogolfversie die maser heet), en die maserwerking kun je heel goed ‘zien’.
Het onderzoek is te vinden op https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab4a11 . Wie het iets toegankelijker wil, kan er de Scientific American van april 2020 op nalezen (ik lig iets achter met mijn literatuur….. ).

De droge wetenschappelijke uitkomst van alleen de plaatsbepaling in het vlak van de Melkweg is een kaart, die er als volgt uitziet.

Trigonometric Parallaxes of High-mass Star-forming Regions_trigonometry-2_april 2020

De gekleurde punten zijn de meetresultaten en de gelijk gekleurde lijnen er door heen de op basis van de punten getekende hartlijnen van de armen. De lichtblauwe punten definieren de Locale Arm (de rode punt is de zon), die dus eigenlijk geen complete arm is. De zwarte punten definieren de Perseusarm, en zo hebben alle armen een naam.
De metingen beslaan slechts ongeveer een derde van de hemel, omdat er op het Zuidelijk halfrond nog geen VLBI-systeem actief is.
Een pc (Parsec) is 3,26 lichtjaar en een kpc is 1000pc.

Samengevat wat uitkomsten, ook enkele die niet uit bovenstaande kaart voortvloeien.

  • De Melkweg heeft een balk in het centrum en minstens vier complete armen (en wat gedeeltelijke armen)
  • De afstand van de zon tot het centrum van de Melkweg (het rode kruisje) is 26600 lichtjaar
  • De zon draait in 212 miljoen jaar om het centrum van de Melkweg
  • De “pannenkoek” is in de onderzochte categorie van stervormingsgebieden ongeveer 200 lichtjaar dik.
  • De zon ligt ongeveer 20 lichtjaar boven het vlak van de Melkweg, welk vlak gedefinieerd is door een statistische middeling op alle resultaten los te laten. Dat is dus weinig.

Internationale samenwerkingen geen ramkoers tegen China
In totaal hebben er aan dit project (dat vele jaren geduurd heeft, van één Chinese onderzoeker is bekend dat die er tien jaar mee bezig geweest is) 18 onderzoekers meegedaan van 13 instituten uit acht landen (Duitsland, Nederland, China, Italië, Polen, de VS, Korea en Japan). De volledige lijst is te vinden door in de kop van het onderzoek de Full author list en de Article information uitte klappen). De drie lead authors zijn Mark Read van Harvard en het Smithsonian in de VS, Karl Menten van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, en Xing-Wu Zheng van de universiteit van Nanjing.

Kortom, de drie grote geopolitieke blokken zijn alle drie vertegenwoordigd en blijken jarenlang prima samen te kunnen werken. Het doet denken aan de Koude Oorlog op zijn ergst, toen Russen en Amerikanen, althans in woorden, elkaar de hersens wilden inslaan en ondertussen in stilte de wetenschap een brug bleef vormen.

Ik ga hier verder geen exposé geven van wat ik de voor- en nadelen van de aan de geopolitieke blokken verbonden staatkundige opvattingen en praktijken vind. Ik ben geen fan van de Chinese buitenlandse politiek. Maar de aggressieve confrontatiepolitiek van Biden in de VS staat me evenmin aan.
Mogelijk kan de wetenschappelijke samenwerking, zoals in dit project, kalmerend werken.

Het Japanse VERA-netwerk

2 thoughts on “Een prachtig nieuw beeld van de Melkweg”

Leave a Reply to Bernard Cancel reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.