Andromeda — ons buurstelsel

En hoe we er over 4,5 miljard jaar mee gaan botsen

Ga op een heldere herfstavond naar buiten, weg van stadslichten, en zoek het sterrenbeeld Andromeda. Midden daarin, een beetje boven de hoofdster Beta Andromedae, zie je een zwak wolkje. Geen ster. Geen komeet. Met je blote oog kijk je naar een ander sterrenstelsel — een biljoen sterren, 2,5 miljoen lichtjaar ver weg. Dit is het verste ding dat een mens zonder hulpmiddelen kan waarnemen. En het licht dat nu op jouw netvlies valt, vertrok voordat de moderne mens bestond.

Onze grote broer

Andromeda, in sterrencatalogi bekend als M31 of NGC 224, is een spiraalsterrenstelsel net als onze Melkweg — maar groter. Zijn schijf heeft een diameter van ongeveer 220.000 lichtjaar, twee keer zo groot als de onze. Recentere tellingen schatten dat hij ongeveer 1 biljoen sterren bevat — vijf keer zo veel als de Melkweg. In massa was hij lang de koning van onze lokale buurt, totdat in 2019 een herrekening gebaseerd op Gaia-data liet zien dat de Melkweg mogelijk iets zwaarder is dan gedacht. Ze zijn nu waarschijnlijk vergelijkbaar in totale massa, met Andromeda iets groter in zichtbare sterren en de Melkweg iets rijker in donkere materie.

Beide zijn de twee grootste leden van wat astronomen de Lokale Groep noemen: een cluster van ongeveer 80 kleinere sterrenstelsels, bijeengehouden door zwaartekracht, waarin onze Melkweg en Andromeda als twee zware bodyguards de kleinere satellieten beschermen. De hele Lokale Groep meet zo'n 10 miljoen lichtjaar en is, samen met andere groepen, onderdeel van de Virgo-supercluster, die op haar beurt deel is van de Laniakea-supercluster. Zoomen op zoomen.

De grote ontdekking van Hubble — 1924

Tot in de jaren 1920 geloofden veel astronomen dat Andromeda slechts een "nevel" binnen onze eigen Melkweg was — een gaswolk, dichtbij. Het Shapley-Curtis-debat uit 1920 (zie vorige les) had nog geen winnaar. Tot Edwin Hubble in 1923 zijn oog richtte op de grote 100-inch Hooker-telescoop op Mount Wilson in Californië — destijds de grootste telescoop ter wereld.

Hubble fotografeerde Andromeda in oktober 1923 en ontdekte iets fenomenaals: in het stelsel bevonden zich Cepheïden. Dat zijn variabele sterren waarvan Henrietta Leavitt in 1912 had aangetoond dat hun helderheidscyclus direct verband hield met hun werkelijke helderheid. Meet je de pulsatieperiode van een Cepheïd, dan weet je hoe fel hij intrinsiek is, en kun je uit de schijnbare helderheid zijn afstand berekenen. Een kosmische meetlat.

Hubble mat de Cepheïden in Andromeda en berekende: 900.000 lichtjaar afstand. Veel verder dan Shapley's schatting voor de grootte van de Melkweg zelf. Dit kon nooit binnen onze Melkweg passen. Andromeda was dus een eilanduniversum — een ander sterrenstelsel, zoals onze Melkweg maar ver daarbuiten. Op 1 januari 1925 las Hubble zijn resultaten voor op de bijeenkomst van de American Astronomical Society. In één presentatie verdrievoudigde hij het universum.

Latere metingen hebben die afstand opgeschroefd — Hubble had een type Cepheïd verkeerd gecalibreerd, en de werkelijke afstand bleek 2,5 miljoen lichtjaar. Maar het principe stond. Vanaf dat moment werd het universum enorm in plaats van klein, met miljarden sterrenstelsels buiten onze eigen.

Snelheid — hij komt op ons af

Bijna alle verre sterrenstelsels bewegen bij ons vandaan door de uitdijing van het heelal — dat is de bron van de kosmische roodverschuiving. Andromeda is een opmerkelijke uitzondering. Hij beweegt met ongeveer 110 kilometer per seconde naar ons toe. Hij is een van de weinige sterrenstelsels met een blauwverschuiving: zijn spectraallijnen zijn iets naar korte golflengtes geschoven.

Waarom? Omdat hij dicht genoeg bij ons staat dat de zwaartekracht tussen de Melkweg en Andromeda sterker is dan de lokale uitzettingssnelheid. Binnen de Lokale Groep is uitzetting gestopt, en houdt zwaartekracht de spelers bij elkaar. Andromeda en de Melkweg vallen in elkaar.

De botsing — 4,5 miljard jaar vanaf nu

Over ongeveer 4,5 miljard jaar zullen Andromeda en de Melkweg elkaar bereiken. Maar "botsing" is een misleidend woord. Sterrenstelsels zijn overwegend lege ruimte — de gemiddelde afstand tussen sterren in de schijf is zo'n 5 lichtjaar. De kans dat twee sterren daadwerkelijk op elkaar botsen tijdens de samensmelting is statistisch verwaarloosbaar — ongeveer nul.

Wat wel gebeurt: de twee spiraalschijven dansen een miljoen-jaren-lange choreografie door elkaar heen. Eerst een eerste passage, waarbij getijdekrachten langgerekte staarten van sterren achterlaten. Dan een terugval en een tweede passage. Na een paar van deze naderingen, verspreid over 2 tot 3 miljard jaar, versmelten ze tot één groot sterrenstelsel. Astronomen noemen dit toekomstige geheel al speels Milkomeda (of soms Milkdromeda). Het zal geen spiraal meer zijn — het wordt een elliptisch sterrenstelsel, met vrijwel geen actieve stervorming meer.

Wat gebeurt er met de zon?

Geen zorgen om direct letsel voor ons zonnestelsel in de botsing. De kans dat een andere ster ons zonnestelsel binnendringt, is klein. Wat waarschijnlijker is: onze zonnebaan wordt volledig herschikt door de galactische zwaartekrachtinteractie. Ons zonnestelsel kan worden weggeslingerd naar een verre uithoek van het nieuwe Milkomeda-stelsel, of mogelijk zelfs uit het stelsel worden gekickt als een "zwervend" systeem, alleen in de intergalactische leegte.

Maar tegen die tijd, 4,5 miljard jaar vanaf nu, is de zon geen stabiele gele ster meer. Ze heeft zich dan uitgezet tot een rode reus, en de aarde is waarschijnlijk verschroeid of volledig opgeslokt. De mensheid, als ze nog bestaat, is allang vertrokken naar andere werelden — of uitgestorven. De botsing is spectaculair, maar voor ons als soort geen eindstation.

Blauwprint van andere botsingen

We hoeven niet te wachten om te zien hoe sterrenstelsel-mergers eruitzien. Overal in het waarneembaar heelal vinden ze plaats. De Antennae Galaxies (NGC 4038/4039), 45 miljoen lichtjaar weg, zijn in een eerste passage; hun lange getijstaarten die op een insectenantenne lijken zijn prachtig op Hubble-foto's. De Mice Galaxies, NGC 2207 en IC 2163 — elk een beeld van een ander stadium van samensmelting. Door hen te bestuderen zien we onze eigen toekomst.

Kom dichterbij

Andromeda hangt elke heldere herfstavond aan de hemel. Met het blote oog in een donker gebied zie je een mistig vlekje. Met een gewone verrekijker van 10x50 zie je al een duidelijk uitgerekt lichtveld, met contouren. Met een bescheiden telescoop zie je de kern oplichten als een stelende spoel. Weinig mensen realiseren zich dat die mist een biljoen zonnen is. Neem de tijd. Sta erbij. Bedenk waar dat licht begon — in de tijd van vroege mensen, op een plek die de Melkweg over 4,5 miljard jaar zal raken.

Drie dingen om mee te nemen

1. Andromeda is onze grote buur. Ongeveer 1 biljoen sterren, 220.000 lichtjaar breed, 2,5 miljoen lichtjaar ver. Het verste object zichtbaar met blote oog en het grootste lid van onze Lokale Groep samen met de Melkweg.
2. Hubble's ontdekking veranderde alles. In 1924 bewees hij via Cepheïden dat Andromeda een apart sterrenstelsel is, geen nevel in de Melkweg. Het universum werd in één zin eindeloos groter.
3. We botsen — over 4,5 miljard jaar. Geen sterren die elkaar raken, wel twee schijven die een miljarden-jaren-dans maken tot één elliptisch stelsel. Milkomeda. Geen catastrofe, wel een gedaanteverandering op kosmische schaal.

In de volgende les zoomen we weg van onze directe buurt naar het totale pallet van sterrenstelsels. Er zijn er niet alleen spiralen en ellipsoïden — er zijn dwergstelsels, onregelmatige stelsels, actieve stelsels met gloeiende centra. En er zijn er veel meer dan je denkt. Twee biljoen, minstens. We kijken naar Hubble's classificatie en naar het diepste beeld ooit gemaakt door een telescoop.

Tot dan. Blijf nieuwsgierig.