Waarom blijven sterrenstelsels zo compact?

Het ligt er natuurlijk aan wat je met 'compact' bedoelt. In het midden zijn meer sterren per kubieke lichtjaar dan aan de rand. Gemiddeld is de dichtheid echter erg laag, de gemiddelde ster staat meerdere lichtjaren van zijn naaste buur af.

Dat sterrenstelsels niet bepaald compact zijn, kun je zien wanneer twee complete stelsels met elkaar botsen. Bij zo'n botsing worden beide stelsels weliswaar sterk vervormd door hun onderlinge zwaartekracht, maar de individuele *sterren* botsen vrijwel nooit met elkaar. Afgezien van de vervormingen van de stelsels houdt zo'n "botsing" in dat de stelsels dwars door elkaar heen vliegen.

Diezelfde zwaartekracht die "botsende" sterrenstelsels vervormt, is ook de oorzaak van het bijeen blijven van (niet-botsende) stelsels. Neem bijvoorbeeld onze eigen zon. Die bevindt zich in de buitenste regionen van ons melkwegstelsel. De gezamenlijke zwaartekracht van alle sterren en gaswolken van dit melkwegstelsel is gericht naar het centrum van het melkwegstelsel. De zon beschrijft dan ook een baan rond het centrum van ons melkwegstelsel, net als vrijwel alle andere sterren.

Dit is dus hetzelfde als bij de aarde die rond de zon draait: de aarde voelt de zwaartekracht van de zon, en die zwaartekracht is naar de zon gericht. De aarde beschrijft een baan rond de zon. Zo ook tussen zon en melkwegstelsel: de zon voelt de zwaartekracht van het gezamenlijke melkwegstelsel, en die zwaartekracht is naar het centrum van het stelsel gericht; de zon beschrijft een baan rond dat centrum.

Tot zover het bekende deel van de fysica.

Aan de snelheid waarmee sterren rond het centrum van een melkwegstelsel draaien, kunnen we zien dat er meer krachten zijn dan alleen de zwaartekracht. Wij kennen die krachten niet, en hun oorsprong is onbekend. Daarom gebruiken we namen als 'donkere energie' die afkomstig zou moeten zijn van 'donkere materie'. In feite bedoelen we echter: "we zien een effect en we hebben geen idee waar het vandaan komt en wat de oorzaak is".

Samenvattend: sterrenstelsels blijven bijeen door een combinatie van de gezamenlijke zwaartekracht en een vooralsnog onbekend effect.
 

Toegevoegd na 58 minuten:
 
Onderstaand plaatje toont een stelsel dat een paar honderd miljoen jaar geleden nog een gewoon spiraalstelsel was. Het kwam te dicht bij de zware sterrenhoop linksonder - en werd flink beïnvloed door de grote zwaartekracht van die sterrenhoop.

Klik op het plaatje voor een grotere versie.
 

Er zijn wetenschappelijke bewijzen dat er in vele sterrenstelsels een zwart gat in het midden aanwezig is. Zo'n zwart gat slokt alles op wat maar een beetje in de buurt komt. Dit fenomeen zou ook kunnen bijdragen aan de compactheid van sterrenstelsels