Als we de nachtelijke hemel bekijken, zien we individuele sterren, en met een telescoop ook nevels en sterrenstelsels. Maar wie nog dieper het heelal in kijkt, ontdekt dat zelfs sterrenstelsels geen eenlingen zijn. Ze groeperen zich in enorme verzamelingen die bekendstaan als clusters van sterrenstelsels. Dit zijn de grootste zwaartekrachtgebonden structuren in het heelal en vormen de “kosmische steden” waarin honderden tot duizenden sterrenstelsels samenleven.
Een sterrenstelselcluster is een groep van tientallen tot duizenden sterrenstelsels die door zwaartekracht aan elkaar gebonden zijn. Ze bestaan niet alleen uit sterrenstelsels, maar ook uit enorme hoeveelheden gas en vooral donkere materie, die de meeste massa levert. Clusters zijn de grootste structuren in het heelal die nog “stabiel” zijn, oftewel waar de zwaartekracht de overhand heeft op de uitdijing van het heelal. Grotere structuren, zoals superclusters en filamenten, zijn nog wel waarneembaar maar niet echt zwaartekrachtgebonden in dezelfde zin.
Clusters zijn niet statisch: hun leden bewegen met snelheden tot duizend kilometer per seconde. Soms botsen clusters zelfs met elkaar, wat gigantische kosmische gebeurtenissen oplevert. Een beroemd voorbeeld is de Bullet Cluster, waarin twee clusters door elkaar heen zijn gevlogen. Dit systeem leverde overtuigend bewijs voor het bestaan van donkere materie.
Ontdekking van clusters van sterrenstelsels
De eerste aanwijzingen voor clusters kwamen in de 18e en 19e eeuw, toen astronomen zoals Charles Messier en William Herschel catalogi opstelden van nevelachtige objecten. Pas in de 20e eeuw werd duidelijk dat veel van deze nevels eigenlijk sterrenstelsels waren, en dat sommige gebieden er opvallend veel van bevatten. Een sleutelfiguur was de Amerikaanse astronoom George Abell, die in de jaren 1950 met behulp van fotografische platen een catalogus samenstelde van duizenden clusters. Hij toonde aan dat deze gigantische verzamelingen niet toevallig waren, maar echte zwaartekrachtstructuren. Sindsdien zijn clusters van sterrenstelsels een belangrijk onderzoeksgebied geworden in de kosmologie.
Samenstelling van clusters
Een cluster bestaat grofweg uit drie hoofdbestanddelen:
- Sterrenstelsels
Het zichtbare deel. Een cluster bevat honderden tot duizenden stelsels: spiraalstelsels, elliptische stelsels en dwergen. Vaak zijn de centrale gebieden gedomineerd door grote elliptische reuzen, terwijl spiraalstelsels vaker aan de randen voorkomen. - Intracluster-gas
Tussen de sterrenstelsels bevindt zich heet gas dat temperaturen van miljoenen graden kan bereiken. Dit gas straalt sterk in röntgenlicht en kan met speciale telescopen zoals Chandra worden waargenomen. Het gas is veel massiever dan alle sterren samen. - Donkere materie
Het grootste deel van de massa van een cluster is onzichtbaar. Alleen door zwaartekrachtsinvloeden, bijvoorbeeld via zwaartekrachtlenzen, waarbij clusters het licht van achterliggende objecten vervormen, kan men afleiden dat donkere materie aanwezig moet zijn.
Overzicht van enkele belangrijke en bekende clusters:
- Virgocluster
De Virgocluster is het dichtstbijzijnde grote sterrenstelselcluster, op ongeveer 55 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Maagd. Het bevat meer dan 1.500 sterrenstelsels, waaronder het reusachtige elliptische stelsel M87, bekend om zijn superzware zwart gat dat in 2019 voor het eerst gefotografeerd werd. Omdat de Virgocluster relatief dichtbij ligt, speelt ze een centrale rol in ons begrip van de lokale kosmische omgeving. Onze Lokale Groep (met de Melkweg en Andromeda) maakt deel uit van de grotere Virgocluster-superstructuur. - Comacluster
De Comacluster, op circa 330 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Haar van Berenice, is een van de rijkste en dichtste clusters die we kennen. Ze bevat duizenden sterrenstelsels, met name elliptische reuzen die de kern domineren. Voor astronomen is dit cluster een klassiek studieobject voor de evolutie van sterrenstelsels in een dichte omgeving. Voor amateur-astronomen is het een indrukwekkend maar uitdagend doelwit: in middelgrote tot grote telescopen zijn tientallen kleine, wazige vlekjes te onderscheiden – elk een heel sterrenstelsel. - Perseuscluster
De Perseuscluster, ongeveer 240 miljoen lichtjaar ver weg, staat bekend om zijn buitengewoon heldere röntgenstraling, afkomstig van het hete gas tussen de sterrenstelsels. Het cluster herbergt het gigantische elliptische stelsel NGC 1275, dat actief is en krachtige straalstromen uitstoot. Bovendien is de Perseuscluster beroemd omdat in de röntgenstraling ritmische “geluidsgolven” ontdekt zijn die door de centrale zwarte gat worden veroorzaakt. Daarmee is dit cluster een kosmisch laboratorium voor zowel astrofysica als kosmologie. - Bullet Cluster (1E 0657-56)
Dit cluster is niet alleen indrukwekkend vanwege zijn massa en schaal, maar vooral vanwege de bewijsvoering voor donkere materie. De Bullet Cluster bestaat uit twee samensmeltende clusters die met enorme snelheid door elkaar heen zijn gevlogen. Observaties in zichtbaar licht, röntgenstraling en zwaartekrachtlenzen toonden aan dat het grootste deel van de massa zich scheidt van het hete gas – een duidelijke aanwijzing dat donkere materie echt bestaat en niet uit gewone materie kan zijn opgebouwd. - El Gordo Cluster (ACT-CL J0102-4915)
“El Gordo”, Spaans voor “de dikke”, is een van de zwaarste en heetste clusters die tot nu toe zijn waargenomen. Het bevindt zich op meer dan 7 miljard lichtjaar afstand, waardoor we het cluster zien zoals het was in het jonge heelal. El Gordo is een botsende cluster, vergelijkbaar met de Bullet Cluster, en levert belangrijke inzichten in de groei van kosmische structuren en de rol van donkere materie. Het is een van de spectaculairste ontdekkingen van de laatste decennia. - Pandora’s Cluster (Abell 2744)
Pandora’s Cluster is een complex systeem dat is ontstaan door de samensmelting van minstens vier afzonderlijke clusters. Het resultaat is een chaotisch maar fascinerend geheel, met een ongebruikelijke verdeling van sterrenstelsels, gas en donkere materie. Dankzij zwaartekrachtlenzen is het cluster een natuurlijke “kosmische telescoop”: het vergroot en vervormt het licht van nog veel verder gelegen sterrenstelsels. Hierdoor speelt Pandora’s Cluster een sleutelrol in onderzoek naar het vroege heelal.
