Het spiraalpatroon van de Melkweg volgt bijna (maar niet helemaal) een gouden spiraal.
Zoals iedereen wel weet maakt ons zonnestelsel deel uit van de Melkweg, een groot spiraalstelsel in een kleine cluster van sterrenstelsels, de Lokale Groep. Maar heb je je wel eens afgevraagd waar dat spiraalpatroon eigenlijk vandaan komt? In tegenstelling tot wat sommige lezers wel eens geopperd hebben op AstroBlogs gaat het hierbij niet om een draaikolk rondom het supermassieve zwarte gat in het centrum van ons melkwegstelsel. Bovendien is het ook niet de plaats waar alle sterren in de schijf van de Melkweg gevonden kunnen worden. Als ik jullie nou eens vertel dat….er evenveel sterren tussen de spiraalarmen zitten als erin? Ja, dat lees je goed! Feitelijk geven de spiraalarmen de locaties aan waar momenteel (of in het recente verleden) veel nieuw sterren ontstaan zijn. Het is het blauwe licht van kortlevende en massieve sterren die de spiraalarmen zo opvallend maken! Nou, allemaal leuk en aardig, maar dan weet je nog niet waar het spiraalpatroon dan vandaan komt – waarom zijn de blauwe sterren niet gelijkmatig over de schijf verdeeld? Het antwoord zou wellicht als verrassend ervaren kunnen worden: de spiraalarmen ontstaan volgens hetzelfde principe als files op de snelweg, of meer precies: zogenaamde spookfiles. Dit zijn files zonder aanwijsbare oorzaak, zoals een ongeval of een wegafsluiting. Als het druk is, en wegvoertuigen volgen elkaar op korte afstand, dan kan een enkele remmanoeuvre echter grote gevolgen hebben. Als het voorste voertuig remt, zal de persoon achter hem ook moeten remmen en daarna de persoon erachter. Door het overmatige remmen dat wordt doorgegeven van voertuig op voertuig daalt de snelheid steeds verder, en zo kan het tot een file leiden. Feitelijk heb je te maken met een “rimpel” of een “dichtheidsgolf” die met een bepaalde snelheid naar achteren beweegt. Binnen die golf staat het verkeer dan stil. Iets soortgelijks vindt plaats in sterrenstelsels. Dichtheidsgolven rimpelen over de schijf van een spiraalstelsel, en doen dit met een lagere snelheid dan de sterren en gaswolken. Hierdoor ontstaan op bepaalde plaatsen “files” van interstellaire gaswolken. Deze klappen dan op elkaar (gaswolken hebben immers geen rem), hetgeen resulteert in schokgolven die het gas doen samendrukken tot nieuwe sterren. Afzonderlijke sterren bewegen echter zonder gevolgen door de spiraalarmen heen – erin en er weer uit.
Het resulterende spiraalpatroon wordt vaak omschreven als een logaritmische spiraal (waarvan de gouden spiraal een speciaal voorbeeld is), maar dat is niet helemaal juist. Het is eerder een benadering van een logaritmische spiraal! De belangrijkste eigenschap van een logaritmische spiraal is de pitch angle (waarvan het Nederlandse woord schijnbaar steekkegelhoek is). Hoe groter deze hoek, hoe strakker de spiraal is opgewonden. Bij een perfecte spiraal is de steekkegelhoek overal in de spiraal gelijk. Bij sterrenstelsels kan deze hoek echter op verschillende plaatsen in de spiraal verschillen. Dat betekent dat spiraalstelsels geen exacte logaritmische spiralen zijn. Uit recent onderzoek is trouwens iets merkwaardigs gebleken. Het blijkt dat er een verband bestaat tussen de gemiddelde pitch angle van een spiraalstelsel en de helderheid van de kern (de centrale verdikking). Sterrenstelsels met een lichtzwakke kern hebben een lage steekkegelhoek en zijn dus losse spiralen. Sterrenstelsels met een heldere kern hebben een hoge hoek en zijn dus strakke spiralen. Hoewel het spiraalpatroon het gevolg is van dichtheidsgolven, is het momenteel nog onbekend wat de kern daarmee van doen heeft, en hoe dit verband tussen twee schijnbaar ongerelateerde zaken precies tot stand komt. We hebben dus nog veel te leren over spiraalstelsels!
