3 december 2016

Met 370 km/s vliegt de Melkweg door het heelal. Hoe weten we dat eigenlijk?

dipole_map

Alles beweegt in het heelal. De Griekse filosoof Heraclites zei het al in de Oudheid: Panta rhei, oftewel alles is in beweging. De aarde draait om z’n as, Aarde en maan draaien om een gemeenschappelijk zwaartepunt, het aarde-maansysteem draait om de zon, het zonnestelsel draait om het centrum van de Melkweg, de Melkweg en andere leden van de zogeheten Lokale Groep bewegen naar elkaar toe – uiteindelijk leidend tot een botsing van Melkweg en Andromedastelsel – en de Lokale Groep beweegt weer in de richting van de Virgo cluster van sterrenstelsels. Die laatste beweging is nauwkeurig vastgelegd en de snelheid ervan bedraagt ongeveer 370 km/s – lijkt veel, maar het is slechts 0,12% van de lichtsnelheid. Interessante vraag is hoe we weten hoe snel ons Melkwegstelsel, het Andromedastelsel, de Driehoeksnevel en de andere stelsels van de Lokale Groep (zie afbeelding hieronder) bewegen.

lokalagroep

Het antwoord is gelegen in de afbeelding helemaal bovenaan in de blog, de kaart van de zogeheten dipool anisotropie van de kosmische microgolf-achtergrondstraling. Eh… nog een keertje, de dipool anisotropie van de kosmische microgolf-achtergrondstraling? Yep goed gelezen, de dipool anisotropie van de kosmische microgolf-achtergrondstraling. Die straling passeert hier met de regelmaat van de klok de Astroblogs, de straling die nog resteert van de hete oerknal waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond en die door de continue uitdijing van het heelal afgekoeld is tot een temperatuur van 2,7 K, ietsje boven het absolute nulpunt. De kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting: CMB) werd in 1964 ontdekt door Penzias en Wilson en sinds het verschijnen van het boek Physical Cosmology van Jim Peebles weten we dat er een dipool anisotropie moet zijn.

Dit is ook een kaart van de temperatuurverschillen in de CMB. Hier zijn alleen de dipool anisotropie en lokale effecten van de Melkweg vanaf getrokken. Deze kaart laat de verschillen in het vroege heelal zien, 370.000 jaar na de oerknal.

Dit is ook een kaart van de temperatuurverschillen in de CMB. Hier zijn alleen de dipool anisotropie en lokale effecten van de Melkweg vanaf getrokken. Deze kaart laat de verschillen in het vroege heelal zien, 370.000 jaar na de oerknal.

Zou de CMB overal aan de dezelfde temperatuur hebben, dan zou ‘ie isotroop zijn, zoals dat heet. Maar Peebles wees erop dat de CMB als een kosmische referentie kan werken, ten opzichte waarvan andere dingen kunnen bewegen. De beweging van de Lokale Groep zou als een dipool te zien moeten zijn, een gradatie van temperatuurverschillen in de CMB met twee polen, één pool in de richting waar we vandaan komen, één pool in de richting waar we heen gaan. Afgelopen jaren is de dipool anisotropie met diverse instrumenten gemeten, de laatste keer met de Europese Planck satelliet, en het resultaat is die afbeelding bovenaan. Het verschil tussen de warme pool (rechtsboven, dáár gaan we heen, in de richting van het sterrenbeeld Maagd, Virgo) en de koude pool (linksonder, daar komen we vandaan) is slechts 3,346 micro K, da’s 3,3 miljoenste van een Kelvin. Hoe ontstaat die dipool, waarom zou de beweging van de Lokale Groep zo’n anisotropie met twee polen in de CMB veroorzaken? Het antwoord daarop is de  welbekende Doppler verschuiving, het effect dat golflengtes korter worden in de richting waarheen iets beweegt en dan blauwer worden en groter als we ervan af bewegen en dan roder worden – zie onderstaande figuur (geplukt uit deze presentatie).

cmb

Het ingewikkelde van de bewegingen op grote, kosmologische schaal is dat die bewegingen op kleinere schaal erin doorwerken en hun effect erop hebben. Het netto resultaat ervan is dat de Lokale Groep niet met 370 maar met 627 km/s naar Virgo vliegt. Ook is er naast de beweging richting de Virgo cluster nog een beweging van de Lokale Groep plus de Virgo cluster (samen de Lokale Supercluster, LSC) in de richting van de ‘Grote Aantrekker’, die in de richting ligt van de Hydra-Centaurus supercluster – om het nog wat ingewikkelder te maken. Bron: In the Dark.

Geef een reactie