duimnael|260px|NGC 4414, ’n tipiese spiraalsterrestelsel. ’n Sterrestelsel is ’n massiewe stelsel wat deur swaartekrag gebind word en bestaan uit sterre, gas, stof en ’n belangrike, dog duistere komponent wat as donkermaterie bekendstaan. Tipiese sterrestelsels strek van dwergsterrestelsels met so min as 10 miljoen sterre tot reusestelsels met tot 1 biljoen sterre. Die sterre wentel om die sterrestelsel se massamiddelpunt, of gemeenskaplike swaartepunt. Sterrestelsels kan ook veelvoudige sterre (sterre wat om mekaar wentel), sterreswerms en verskeie interstellêre wolke bevat. Die Son is een van die sterre in die Melkweg: die sterrestelsel wat die Sonnestelsel en Aarde bevat.
’n Gemiddelde sterrestelsel bevat 100 miljard sterre en die meeste stelsels kom in groepe sterrestelsels voor, wat van slegs ’n paar tot selfs duisende stelsels kan bevat.
Sterrestelsels word reeds ’n lang tyd volgens hulle voorkoms en vorm gekategoriseer. Twee algemene vorms is ’n elliptiese en spiraalsterrestelsel. Daar is ook onreëlmatige sterrestelsels: stelsels met ongewone vorms, dikwels as gevolg van naburige stelsels se swaartekrag.
Waarnemingsgeskiedenis Die besef dat ons in ’n sterrestelsel woon wat een van baie is, loop hand aan hand met groot ontdekkings oor die Melkweg en ander newels.
Melkweg
Die Griekse filosoof Demokritos (450-370 v.C.) het voorgestel die helder baan aan die naghemel wat as die Melkweg bekend is, bestaan uit verafgeleë sterre. Aristoteles (384-322 v.C.) het egter geglo die Melkweg word veroorsaak deur die "ontvonking van die vlambare uitwaseming van sommige sterre wat groot, talryk en naby mekaar was" en dat "die ontvonking in die boonste deel van die atmosfeer plaasvind". Die Neoplatoniese filosoof Olympiodorus die jongere (omstreeks 495-570 n.C) was skepties oor hierdie siening en het gemeen as die Melkweg tussen die Aarde en die Maan voorkom, moet dit op verskillende tye en plekke op Aarde verskillend lyk en dat dit parallaks sal moet hê, wat dit nie het nie. Volgens hom was die Melkweg ’n hemelliggaam.
Volgens Mohani Mohamed het die Arabiese sterrekundige Alhazen (965–1037) eerste probeer om die Melkweg se parallaks te meet, en omdat hy vasgestel het die Melkweg het nie ’n parallaks nie het hy afgelei dit is ver van die Aarde af en nie in die atmosfeer nie. Die Persiese sterrekundige al-Bīrūnī (973-1048) het voorgestel die Melkweg is ’n "versameling ontelbare fragmente soortgelyk aan newelagtige sterre". Die Andalusiese sterrekundige Ibn Bâjjah ("Avempace", oorlede 1138) het voorgestel die Melkweg bestaan uit baie sterre wat amper aan mekaar raak en lyk of dit aaneenlopend is vanweë die uitwerking van die ligbreking van ondermaanse materiaal; hy het sy waarneming van die konjunksie van Jupiter en Mars aangehaal as bewys daarvan dat dit gebeur wanneer twee voorwerpe naby is. In die 14de eeu het die Siries gebore Ibn Qayyim voorgestel die Melkweg is ’n "menigte klein sterre wat saamgepak is in die sfeer van die vaste sterre". duimnael|Die vorm van die Melkweg soos afgelei uit stertellings deur William Herschel in 1785; daar is aangeneem die Sonnestelsel is naby die middel.
Werklike bewyse dat die Melkweg uit baie sterre bestaan, is in 1610 gevind toe die Italiaanse sterrekundige Galileo Galilei dit met ’n teleskoop bestudeer en ontdek het dit bestaan uit ’n groot getal dowwe sterre.Galileo Galilei, Sidereus Nuncius (Venesië, (Italië): Thomas Baglioni, 1610), ble. 15 en 16. English translation: Galileo Galilei with Edward Stafford Carlos, vert., The Sidereal Messenger (Londen, Engeland: Rivingtons, 1880), pages 42 and 43. In 1750 het die Engelse sterrekundige Thomas Wright in sy An original theory or new hypothesis of the Universe korrek voorspel die sterrestelsel is ’n roterende liggaam met ’n groot getal sterre wat deur swaartekrag bymekaargehou word, nes die Sonnestelsel maar op ’n baie groter skaal. Die resultaat is ’n skyf sterre wat ’n band vorm uit ons perspektief binne die skyf.Thomas Wright, An Original Theory or New Hypothesis of the Universe … (Londen, Engeland: H. Chapelle, 1750). Vanaf p.48 " In ’n verhandeling in 1755 het Immanuel Kant uitgebrei op Wright se idee oor die struktuur van die Melkweg.Immanuel Kant, Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels … [Universal Natural History and Theory of the Heavens … ], (Königsberg en Leipzig, (Duitsland): Johann Friederich Petersen, 1755).Engelse vertaling deur Ian Johnston beskikbaar by: Vancouver Island University, Brits-Columbia, Kanada
Die eerste projek om die vorm van die Melkweg en die posisie van die Son te beskryf, is in 1785 deur William Herschel onderneem toe hy die getal sterre in verskillende streke aan die naghemel getel het. Hy het ’n diagram van die sterrestelsel geteken met die Sonnestelsel naby die middel.William Herschel (1785) "On the Construction of the Heavens," Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 75 : 213–266.
duimnael|links|260px|Vroeë sterrekundiges het geglo ander sterrestelsels soos die Andromeda-sterrestelsel is newels wat deel van die Melkweg vorm. Met die ingang van die 20ste eeu was dit algemeen aanvaar dat ons Sonnestelsel in die Melkweg geleë is, maar daar is ook geglo die Melkweg vul die hele heelal en dat ander "newels" (destyds ’n versamelnaam vir allerhande kosmiese liggame) deel van die Melkweg vorm.
Die sterrekundiges het ook "spiraalnewels" waargeneem en teen die 1920's was daar ’n vurige debat oor hierdie verskynsels: was hulle gasagtige voorwerpe of aparte "eiland-heelalle" soos die Melkweg?
Die Amerikaner Harlow Shapley (1885 – 1972) was een van die sterrekundiges wat geglo het die Melkweg beslaan die hele heelal en dat die spiraalnewels gasagtig en deel van die Melkweg was. Een van die redes wat hy aangevoer het, is dat hulle die wentelvlak van die Melkweg vermy en, indien hulle onafhanklike stelsels was, ’n mens hulle dwarsoor die hemelruim sou kon waarneem. Shapley het egter nie rekening gehou met die uitwerking van ruimtestof nie: wanneer lig deur die ruimtestof beweeg, kan dit rooier en dowwer voorkom as wat dit in werklikheid is. Sterre wat dowwer voorkom, kan foutiewelik as verder weg beskou word, terwyl stof in die wentelvlak van die Melkweg stelsels agter die vlak kon wegsteek.
Shapley en sy mede- Amerikaanse sterrekundige Heber Curtis (1872-1942) het op 26 April 1920 ’n groot debat gevoer oor die karakter van newels en sterrestelsels en die grootte van die heelal. Albei sterrekundiges het korrekte bewerings aangevoer (Shapley oor die vorm van die Melkweg, Curtis oor die grootte), maar ook inkorrekte bewerings (volgens Shapley was die spiraalvoorwerpe gasagtig, terwyl Curtis geglo het die Son is naby die middelpunt van die Melkweg).
Van 1923 tot 1926 het Edwin Hubble (1889-1953) by Mount Wilson in Kalifornië waarnemings van die heelal gemaak met behulp van die 2,5 m hoë Hooker-teleskoop, toe die grootste teleskoop op Aarde. Sy bevindings het getoon hierdie voorwerpe is gans te ver weg om deel van die Melkweg te wees en dat hulle aparte sterrestelsels buite die Melkweg is. Hubble het sy ontdekking op 1 Januarie 1925 aangekondig en die mens se siening van die heelal geheel en al omvergewerp.
Vorming duimnael|260px|Die sterrestelsel I Zwicky 18 (links onder) lyk soos ’n nuut gevormde sterrestelsel. Om sonder twyfel te kan weet hoe ’n sterrestelsel gevorm word, moet die vorming van een waargeneem word. In beginsel is dit nie onmoontlik nie: indien ’n persoon vandag deur ’n teleskoop na ’n sterrestelsel kyk, sien hy nie die sterrestelsel soos dit vandag is nie, maar soos dit in die verlede gelyk het omdat die lig wat die sterrestelsel uitstraal etlike jare neem om die aarde te bereik. In die geval van die Groot Magellaanse Wolk, een van die sterrestelsels wat die naaste aan die Melkweg is, sien ’n sterrekyker hoe dit 160 000 jaar gelede gelyk het. Die verste sterrestelsel wat ooit waargeneem is, is ’n stelsel in die sterreswerm Abell 2218 en ’n mens op Aarde sien dit soos dit 13 miljard jaar gelede gelyk het. Deur hierdie oudste sterrestelsels waar te neem, kan sterrekundiges bevestig hoe sterrestelsels ontwikkel, maar die vorming van een is nog nie waargeneem nie en daar bestaan ’n aantal teorieë wat dit probeer verduidelik.
Volgens die klassieke teorie word sterrestelsels gevorm deur die instorting van reusegaswolke wat uit ’n mengsel van waterstof en helium bestaan. Die wolke het reusemassas, groter as die sterrestelsels wat die resultaat van sy ineenstorting is. Indien ’n gaswolk besig is om stadig te draai met sy ineenstorting, vorm ’n elliptiese sterrestelsel, terwyl ’n vinnig draaiende wolk ’n spiraalstelsel vorm.
’n Meer onlangse teorie is in kontras met die klassieke teorie: hoewel die twee teorieë dit eens is dat sulke gaswolke bestaan, stel die tweede teorie dat hulle nie ineenstort nie maar in kleiner stukke breek en dat dit hierdie kleiner stukke is wat sterrestelsels vorm. Hierdie teorie sou die bestaan van sterreswerms en superswerms kon verduidelik.
’n Derde teorie stel dat daar kleiner gaswolke is wat ineenstort om ’n sterrestelsel of veelvoudige stelsel te vorm en dat hierdie kleiner sterrestelsels mekaar aantrek en samesmeltings tussen hulle groter sterrestelsels veroorsaak. Volgens hierdie teorie behoort daar dan meer kleiner sterrestelsels as groter sterrestelsels te wees (wat inderdaad die geval is).
Klassifikasie
Edwin Hubble het die bestaan van sterrestelsels buite die Melkweg gedemonstreer en het hulle ook gekategoriseer volgens hulle voorkoms en vorm.
Een van die algemeenste vorms is die elliptiese sterrestelsel. So ’n stelsel het ’n ovaalvorm en Hubble het ovaalstelsels ’n gradering van E0 tot E7 gegee om aan te dui hoe ellipties hulle is. ’n E0-stelsel is byna rond, terwyl E7 ’n afgeplatte elliptiese vorm het.
Elliptiese sterrestelsels bevat ou sterre en baie min gas en sluit die grootste bekende sterrestelsels in (wat tot ’n biljoen sterre kan bevat). Daar word geglo sommige elliptiese stelsels ontstaan ná botsings tussen spiraalstelsels.
Voorbeelde van elliptiese sterrestelsels:
Baie sterrestelsels heet "Messier" omdat hulle in die 18de eeu deur die Franse sterrekundige Charles Messier ontdek is, terwyl ander "NGC"-stelsels so genoem word na aanleiding van die New General Catalogue, ’n katalogus van voorwerpe in die diepruimte.
Nog ’n algemene vorm wat Hubble ontdek het, is die spiraalsterrestelsel. Hubble het gesien hierdie stelsels stem ooreen met elliptiese sterrestelsels, maar dat hulle ’n helder kern het. Hy het ook aangeteken dat baie van hierdie kerns "arms" het, wat van die middel af na buite spiraal en dus na hulle as "spiraalsterrestelsels" verwys. Die spiraalarms bestaan uit sterre en gas waaruit nuwe sterre steeds gevorm word.
Hubble het na sterrestelsels wat ’n helder kern maar geen spiraalarms het nie, as "S0" (S nul) verwys. Dié met spiraalarms is ’n klassifisering van Sa, Sb of Sc gegee: Sa-stelsels se arms was styf om die kern gespan, terwyl ’n Sb-stelsel se arms losser was en ’n Sc-stelsel se arms die losste. Later is ’n Sd-klas bygevoeg. ’n Alternatiewe klassifiseringstelsel deur A. Sandage en G. Vaucouleurs verwys na die spiraalstelse as SB-stelsels. ’n Sterrestelsel wat tussen twee van die klasse val, kan byvoorbeeld aangedui word as Sab of Sbc.
’n Ander soort spiraalsterrestelsel het ’n staaf in die middel en word as ’n SB-stelsel geklassifiseer. Ongeveer ’n derde van alle spiraalstelsels se arms spruit nie uit sy kern nie, maar van die punte van ’n reguit staaf. Die drie klasse vir staafspirale is SBa, SBb en SBc en soos met die gewone spiraalstelsels dui a op ’n stywe spiraal en c op ’n spiraal met los arms. Die staaf bestaan uit sterre, gas en stof.