Andromeda – From nebula to galaxy

Het woord melkwegstelsel is afgeleid van het Griekse woord galaxias dat melkweg betekent. Dit was de oude Griekse term voor de Melkweg, die onduidelijke band van sterren die ’s nachts aan de hemel te zien is in gebieden die niet te veel last hebben van lichtvervuiling. Tegenwoordig wordt melkwegstelsel gebruikt als de algemene term voor de zeer grote groepen sterren die over het heelal verspreid zijn. De huidige schattingen van het totale aantal sterrenstelsels lopen uiteen van 2×1011 tot 2×1012 of zelfs meer. Geconfronteerd met deze enorme aantallen is het vaak gemakkelijk om te vergeten dat we minder dan honderd jaar geleden nog dachten dat ons melkwegstelsel, het Melkwegstelsel, het hele heelal was. Dit veranderde op 1 januari 1925 toen H.N. Russell een artikel van Edwin Hubble voorlas aan de American Association for the Advancement of Science, waarin werd vastgesteld dat spiraalnevels in feite afzonderlijke sterrenstelsels waren. Het pad door de geschiedenis van de astronomie dat leidde tot dat baanbrekende artikel in 1925 gaat bijna duizend jaar terug en in wat volgt zal ik kort enkele belangrijke stations schetsen, die bijna allemaal betrekking hebben op onze naaste galactische buur Andromeda, langs dat pad.

Het woord nevel komt uit het Latijn en betekent een wolk, nevel, mist, rook, damp, uitademing, zoals u kunt zien is de definitie tamelijk vaag. In de astronomie gaat het terug op de Mathēmatikē Syntaxis van Ptolemaeus of, zoals het beter bekend is, De Almagest. In dit baanbrekende werk van de westerse astronomie noemt Ptolemaeus in totaal zes astronomische nevels zonder er veel aandacht aan te besteden. Alle nevels van Ptolemaeus waren in feite onduidelijke sterrenhopen die te ver weg stonden om met het blote oog te kunnen worden waargenomen. De eerste zogezegd echte nevel, de Andromeda nevel, werd opgetekend door de Perzische astronoom Abd al-Rahman al-Sufi, meestal gewoon Al Sufi genoemd, in zijn Boek van de Vaste Sterren (Arabisch: kitab suwar al-kawakib) rond 964 CE. Hij beschrijft en illustreerde de Andromeda nevel als een kleine wolk voor de mond van het Arabische sterrenbeeld Vis.

Met zijn andere vroege telescopische observaties toonde Galileo aan dat de Ptolemaeïsche nevels oplosten in vele onzichtbare sterren wanneer bekeken door de telescoop. In 1612 was het echter Galileo’s rivaal Simon Marius die zijn telescoop voor het eerst op de Andromeda nevel richtte en zag dat deze nevel niet in sterren oploste wanneer hij er door zijn telescooplenglazen naar keek. In zijn Mundus Iovialis (1614) beschreef Marius wat hij zag als volgt:

Hiervan is de eerste dat ik met de verrekijker vanaf 15 december 1612 een vaste ster met een zekere wonderlijke vorm heb ontdekt en waargenomen, die ik aan de gehele hemel niet kan vinden. Het is nabij de derde en meest noordelijke in de gordel van Andromeda. Zonder het instrument is hij te zien als een soort wolkje; en met het instrument zijn er geen duidelijke sterren te zien zoals bij de nevelster in Kreeft en andere nevelsterren, maar alleen witte stralen, die hoe dichter bij het centrum hoe helderder ze uitkomen; in het centrum is er een dof en bleek licht; en de diameter is ongeveer een kwart graad. Ongeveer dezelfde schittering verschijnt wanneer een heldere kaars van een grote afstand door een heldere lantaarn wordt waargenomen.

Het onderzoek naar nevels kwam voor het eerst op gang in de achttiende eeuw met het werk van de Franse kometenjager Charles Messier (1730-1817). Om het voor kometenjagers gemakkelijker te maken om mogelijke waarnemingen van kometen te onderscheiden van andere onduidelijke en nevelige objecten aan de nachtelijke hemel, begon Messier een catalogus samen te stellen van de posities en het uiterlijk van al dergelijke objecten die hij tijdens zijn nachtelijke waken had waargenomen. Zijn werk, waarvan de definitieve versie in 1781 werd gepubliceerd en dat nu bekend staat als de Messier-catalogus, bevat een lijst van 110 Messier-objecten, in zijn tijd nevels en sterrenhopen. Van de Messier-objecten is nu bekend dat het 39 sterrenstelsels, 5 planetaire nevels, 7 andere soorten nevels en 55 sterrenhopen zijn. De Andromedanevel, waarvan Messier de ontdekking, onwetend over het boek van Al Sufi, ten onrechte aan Marius toeschrijft, is Messier-object M31.

Hoewel de catalogus van Messier werd samengesteld om kometenjagers te helpen bij het onderscheiden van potentiële kometen van andere zwakke hemellichamen, wordt hij meestal beschouwd als een vroeg voorbeeld van de zogenaamde deep sky astronomie; dat is de studie van objecten ver buiten het zonnestelsel. De man die voor het eerst systematisch deep sky astronomie beoefende was William Herschel, die samen met zijn zuster Caroline, methodisch de hemel kwadrant voor kwadrant in kaart bracht door met zijn 20 voet spiegeltelescoop alle niet-stellaire objecten op te nemen die hij kon vinden. Caroline en hij legden 2400 nevels vast in drie catalogi.

Zij categoriseerden de objecten die zij registreerden in acht klassen: (I) heldere nevels, (II) zwakke nevels, (III) zeer zwakke nevels, (IV) planetaire nevels, (V) zeer grote nevels, (VI) zeer samengeperste en rijke clusters van sterren, (VII) samengeperste clusters van kleine en grote sterren en (VIII) grof verspreide clusters van sterren. Uitgebreid door zijn zoon en later John Dreyer, werd Herschel’s catalogus de Nieuwe Algemene Catalogus (NGC) van 7840 deep sky objecten in 1888. De NGC-nummering wordt nog steeds gebruikt voor de meeste objecten die erin zijn opgenomen. In 1785 nam Herschel een vage roodachtige tint waar in het kerngebied van Andromeda. Hij geloofde dat Andromeda de dichtstbijzijnde van alle grote nevels was.

In 1750 publiceerde de Engelse astronoom Thomas Wright (1711-1786) zijn An Original Theory on New Hypothesis of the Universe, waarin hij als eerste de vorm van het Melkwegstelsel correct beschreef. Hij speculeerde ook dat de zwakke nevels in feite verre melkwegstelsels waren. Zijn zeer scherpzinnige gedachten bleven echter speculaties die hij niet kon verifiëren.

Het is interessant dat zijn speculaties werden overgenomen door de Duitse filosoof Immanuel Kant (1724-1804) en verder werden uitgewerkt in zijn anoniem gepubliceerde Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels (Universele Natuurlijke Historie en Theorie van de Hemel) (1755). Destijds kregen noch de theorieën van Wright, noch die van Kant veel bijval, maar achteraf worden beiden geprezen om hun scherpzinnigheid.

In 1850 kon William Parsons met de grootste spiegeltelescoop die in de negentiende eeuw werd gebouwd, de Leviathan of Parsonstown, voor het eerst de spiraalstructuur van de Andromedanevel identificeren. Dit was slechts één van een reeks spiraalnevels, in werkelijkheid sterrenstelsels, die hij kon identificeren.

In 1864 merkte William Huggins, een pionier op het gebied van stellaire spectroscopie, op dat het spectrum van Andromeda verschilt van dat van een gasvormige nevel. Het spectrum, zoals waargenomen door Huggins, had dezelfde kenmerken als het spectrum van individuele sterren, wat hem tot de conclusie bracht dat Andromeda in feite stellair van aard was.

We hebben al een lange weg afgelegd sinds Al Sufi’s eerste verslag van een kleine wolk. In 1887 nam Isaac Roberts, die dacht dat spiraalnevels zonnestelsels in wording waren, de allereerste foto van Andromeda.

In 1912 heeft de Amerikaanse astronoom Vesto Slipher met behulp van spectroscopie de rotatiesnelheid van Andromeda gemeten op 300kilometer per seconde de hoogste tot nu toe gemeten snelheid.

In 1917 nam Heber Curtis een nova waar in Andromeda en ontdekte er nog elf in het fotografisch verslag. Deze waren gemiddeld tien magnituden zwakker dan andere die aan de hemel waren waargenomen. Op basis van deze gegevens schatte hij dat Andromeda 500.000 lichtjaar van hem verwijderd was. Curtis stelde nu de hypothese van de eiland-universa voor, d.w.z. dat spiraalnevels eigenlijk onafhankelijke sterrenstelsels zijn.

Op 26 april 1920 hielden Heber Curtis en Harlow Shapley in het Smithsonian Museum of Natural History het zogenaamde grote debat over de aard van spiraalnevels. Curtis betoogde dat het verre onafhankelijke sterrenstelsels waren, Shapley dat ze veel kleiner en veel dichterbij waren en dus binnen het Melkwegstelsel lagen, dat het gehele heelal vormde. Dit debat verhief de vraag tot de voorrangskwestie in de astronomie.

In 1922 mat Ernst Öpik de afstand van Andromeda aan de hand van de snelheid van sterren. Zijn schatting was 1.500.00 lichtjaar.

Zoals ik in de openingsalinea al zei, Edwin Hubble rekende definitief met de mater af toen hij de afstand van Andromeda mat met behulp van cepheïden variabele sterren en bewees onomstotelijk dat Andromeda geen nevel binnen de Melkweg was, maar een apart sterrenstelsel. Met dit resultaat was het tijdperk van de galactische astronomie geboren.

De methode om afstanden te bepalen met behulp van cepheïden werd ontwikkeld door Henrietta Swan Leavitt, een van de Harvard-computers, die in 1908 duizenden veranderlijke sterren in de Magelhaense Wolken onderzocht; zij publiceerde haar resultaten in 1912.

Het verhaal van Andromeda’s historische reis van Al Sufi’s nevel tot Curtis’ sterrenstelsel illustreert heel mooi hoe wetenschappelijke kennis in de loop van de tijd groeit met generaties van onderzoekers met verschillende interesses en motivaties die direct en indirect bijdragen aan die groei.

Post gewijzigd 11 januari 2018