Grote sterrenstelsels hebben een voorkeursrichting

Grote sterrenstelsels staan niet willekeurig aan het firmament, maar vaak dezelfde kant op als het hele cluster van sterrenstelsels waar ze inzitten.

Sterrenstelselcluster MACS J0416.1-2403 op vier miljard lichtjaar afstand, gezien door de Hubble-ruimtetelescoop Foto NASA/ESA/Pontificia Universidad Católica de Chile

Ooit dachten astronomen dat alle sterrenstelsels in het heelal volkomen willekeurig georiënteerd zijn. Sinds bijna vijftig jaar is echter bekend dat sommige stelsels een voorkeursrichting innemen. En nieuw onderzoek, dat op 12 juni in Nature Astronomy is gepubliceerd, laat zien dat deze ‘gewoonte’ al minstens tien miljard jaar geleden is begonnen.

De grootste en helderste sterrenstelsels in het heelal – zogeheten elliptische reuzenstelsels – lijken zich ‘bewust’ te zijn van hun omgeving. Waarnemingen laten namelijk zien dat de lengte-as van deze ellips-vormige stelsels in veel gevallen ongeveer samenvalt met de lengte-as van de grote groep sterrenstelsels waar zij deel van uitmaken, hun cluster. Anders gezegd: de stelsels vertonen (vrijwel) dezelfde oriëntatie als dat cluster.

Het onderzoek naar deze eendracht beperkte zich tot nu toe veelal tot betrekkelijk nabije clusters, tot op afstanden van 1,5 miljard lichtjaar. Om na te gaan of de gelijkgerichtheid ook veel eerder in de kosmische geschiedenis al heeft bestaan, heeft een team onder leiding van Michael West van Lowell Observatory 65 verre clusters onder de loep genomen. Daarbij is gebruik gemaakt van opnamen die met de Hubble-ruimtetelescoop zijn verkregen.

De onderzochte clusters bevinden zich op afstanden van twee tot tien miljard lichtjaar. Dat betekent dat hun licht er twee tot tien miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken, en dat we de stelsels waarnemen zoals ze er evenzovele jaren geleden uitzagen. Het heelal is circa 13,7 miljard jaar geleden ontstaan.

Van elk van deze clusters is, op basis van de vorm die zij vertonen, de oriëntatie vastgesteld – voor zover mogelijk althans, want niet in alle gevallen lukte dat even goed. Daarnaast is ook van duizenden afzonderlijke sterrenstelsels de oriëntatie bepaald.

De populaties als geheel vertonen zuiver willekeurige oriëntaties: ten opzichte van hun cluster nemen de afzonderlijke stelsels alle mogelijke standen in. Maar wanneer alleen naar het helderste stelsel van elk cluster wordt gekeken, ontstaat er een heel ander beeld. Net als hun nabijere soortgenoten blijken de grote sterrenstelsels zich grosso modo naar hun cluster te schikken. De overige stelsels – ook wel ‘satellieten’ genoemd – doen daar niet aan mee.

Het lijkt er dus sterk op dat de helderste stelsels een uitzonderingspositie innemen. Vermoed wordt dat dit te maken met het feit dat de reuzenstelsels doorgaans (vrijwel) in het centrum van hun cluster te vinden zijn. Volgens sommige onderzoekers wijst dit erop dat de stelsels als ‘groeikernen’ van de omringende clusters hebben gefungeerd, wat hun gelijkgerichtheid begrijpelijk zou maken.

Elliptische reuzenstelsels kunnen afmetingen van meer dan een miljoen lichtjaar bereiken – ruwweg vijfmaal de grootte van onze Melkweg. Onderzoek van nog verder weg staande clusters zal moeten uitwijzen hoe de vorming van deze kolossen en hun satellieten zich heeft voltrokken.