Kosmische raadselen

Kosmische raadselenEdwin Mathlener!

!Laatste les Cursus Sterrenkunde !

Sonnenborgh – Museum & Sterrenwacht!

11 december 2014

Kosmische raadselen• Vragen over de maan!• Sterren - een terugblik !• Witte dwerg - Supernova - Neutronenster !• Zwart gat !• Gamma ray bursts!• Paradox van Fermi: waar is iedereen? - SETI!• Massa heelal?!• Donkere materie en donkere energie (+vraag)!• Inflatie !• Wat was er voor de oerknal?!• Kunnen wij mensen alles begrijpen?!• Hoe verder met de hobby?

Vragen over de maan• Klopt het dat de maan altijd in het oosten opkomt, en altijd in het

westen ondergaat? Ja.!• Is dit afhankelijk van de cyclus van de maan? Nee!• Als ik pal naar het zuiden kijk, hoe varieert dan de hoogte van de

maan (a) tijdens de maancyclus (b) tijdens het jaar.Twee factoren: helling aardas, helling maanbaan. Volle maan winter staat ± op plaats zomerzon.Volle maan zomer staat ± op plaats winterzon.!

• Kan ik deze informatie ook vinden op het internet? Waar precies?Zie Sterrengids 2015, tabel Maanof http://hemel.waarnemen.com/maan/maan_2015.html, kolom ‘Tran hoogte’

Sterren - een terugblik

• Sterren zijn zonnen - de zon is een ster!• Sterren staan zeer ver weg en lijken daardoor

maar puntjes!• Er zijn zeer veel verschillende soorten sterren

maar deze zijn verbonden door de gemeenschappelijke evolutie-scenario’s:de geboortemassa van een ster bepaalt zijn levensloop!

Orionnevel

Proplyds

Herbig-Haro objecten

HH 901 and HH 902 in Carina-nevel

a) donkere wolk b) gravitationele collaps c) protoster

d) T Tauri-ster e) pre-hoofdreeksster f) jong stersysteem

dichte kern

bipolaire

uitstroom

schijf

omhulling

bipolaire

uitstroom

centrale

ster

planetaire

puinschijfcentrale

ster

planeten-

stelsel

⇤ 200.000 AE ⇥ ⇤ 10.000 AE ⇥ ⇤ 500 AE ⇥

⇤ 100 AE ⇥ ⇤ 100 AE ⇥ ⇤ 50 AE ⇥

tijd = 0 10.000 tot

100.000 jaar

100.000 tot

3.000.000 jaar

3.000.000 tot

50.000.000 jaar na

50.000.000 jaar

protoplanetaire

schijf

NGC 346 in Grote Magelhaense Wolk

Lichte en zware sterren

• ‘Licht’ tot ca. 8 zonsmassa!• Blaast buitenlagen geleidelijk weg:

planetaire nevel!• Verrijkt interstallair gas met C, N, O!• Kern blijft achter als witte dwerg (lichter dan 1,4

zonsmassa)

• ‘Zwaar’ boven 8 zonsmassa!• Eindigt als supernova!

Waterstof!

!

Helium!

!

Zuurstof, koolstof, stikstof

Asymptotische reus (AGB-ster): He-fusie in schil om koolstof kern

Rode reus:!He-fusie in kern

Lichtkracht

AGB

Helixnevel

! ! ! ! ! ! Katteoognevel (NGC 6543)

Vlindernevel (M2-9)

Witte dwerg

• Compacte ster: typisch ~ diameter aarde, ~ 1 zonsmassa!

• Gedegenereerde (ontaarde) materie!• Snelbewegende elektronen leveren tegendruk

tegen zwaartekracht!• Chandrasekhar limiet: 1,4 zonsmassa

Supernova Type Ia

Witte dwerg die te zwaar wordt explodeert als super kernbom

Tycho, 1572

Chandra en Spitzer Hubble, WFPC2

Supernova II (Ib, Ic)

• Vormt neutronenster of zwart gat!• Weggeblazen buitenlagen rijk aan zware

elementen!• Nog zwaardere elementen worden gevormd

tijdens explosie door invang van neutronen

• Alle zwaardere elementen zijn ooit gevormd in sterren!

• Wij bestaan uit sterrenstof!

SN 1987A

2004

Neutronenster

• Bol neutronen met een doorsnede van ca. 20 km en een massa van 1 à 2 zonsmassa’s!

• Bijeengehouden door kernkrachten: feitelijk één reusachtige atoomkern!

• Wordt de ster te zwaar, dan kunnen ook de kernkrachten de zwaartekracht niet weerstaan (vgl. Chandrasekhar bij witte dwergen)

Supernova 1054

Pulsars

• PSR B0329+540.714519 s = 1,4 x per seconde!

• Vela Pulsar89 ms = 11 x per seconde!

• Krab Pulsar30 x per seconde!

• PSR J0437-4715174 x per seconde

Pulsars

• PSR B0329+540.714519 s = 1,4 x per seconde!

• Vela Pulsar89 ms = 11 x per seconde!

• Krab Pulsar30 x per seconde!

• PSR J0437-4715174 x per seconde

Pulsars

• PSR B0329+540.714519 s = 1,4 x per seconde!

• Vela Pulsar89 ms = 11 x per seconde!

• Krab Pulsar30 x per seconde!

• PSR J0437-4715174 x per seconde

Pulsars

• PSR B0329+540.714519 s = 1,4 x per seconde!

• Vela Pulsar89 ms = 11 x per seconde!

• Krab Pulsar30 x per seconde!

• PSR J0437-4715174 x per seconde

Pulsars

• PSR B0329+540.714519 s = 1,4 x per seconde!

• Vela Pulsar89 ms = 11 x per seconde!

• Krab Pulsar30 x per seconde!

• PSR J0437-4715174 x per seconde

Grote dichtheden!• Witte dwerg: ton per cm3

De elektronenwolken van de atomen bestaan niet meer en het plasma (mengsel kernen en elektronen) is sterk samengedrukt. De afstotende kracht tussen elektronen geven de tegendruk.!

• Neutronenster: 4 x 108 ton/cm3 Alleen kerndeeltjes dicht op elkaar met nucleaire dichtheid. Kernkrachten tussen neutronen geven de tegendruk. !

• Atomen zijn grotendeels leeg. Die ruimte kan eruit!

Zwart gat (stellair)

• Ontstaat vermoedelijk als ster te zwaar is om als neutronenster te eindigen!

• Zwaartekracht balt materie samen tot ‘singulariteit’: punt met oneindig hoge dichtheid!

• ZG wordt ‘begrensd’ door waarnemingshorizon: kom je binnen die horizon, dan is er geen ontsnapping meer mogelijk !

• Ook licht kan er niet uit, vandaar de naam

Hoe zien we zwarte gaten?

• Door hun invloed op hun omgeving!• Bronnen van röntgenstraling door invangen van

materie!• Massabepaling in dubbelsterren

Cygnus-X1

Galactische zwarte gaten

• Kernen van melkwegstelsels zijn vaak bronnen van intense straling!

• Straling komt uit zeer klein gebied!• Snelheden van gas en sterren in directe omgeving

erg hoog!• Conclusie: zwarte gaten van miljoenen

zonsmassa’s!

Gamma ray bursts

• Ontdekt in 1969!• Korte intense uitbarstingen !• Waar aan de hemel?

Richtingbepaling moeilijk!!• Waar in het heelal?

In de melkweg of ver daarbuiten?!• Hoeveel energie komt er vrij?

GRBs staan ver weg!

• Op statistische gronden al midden jaren ’90!• 1997 eerste optische identificaties:

gamma burst → positiebepaling in röntgen (BeppoSAX en Compton) → snelle optische identificatie !

• Meest energierijke explosies in het heelal

Burst staat in ver melkwegstelsel

Wat ontploft er?

• Botsende neutronensterren?!• Hypernova?!• Energie in alle richtingen?!• Of juist in bundels?!• Gevaar voor aarde?

Mogelijk wel: gewone SN-explosies kunnen negatieve invloed hebben in directe omgeving. GRBs zouden een melkwegstelsel kunnen steriliseren, indien ze stralen in alle richtingen!

Hypernova

• Supernova van zeer zware ster!

• Vorming zwart gat!• Explosie in bundels

Paradox van Fermi, of: Waar is iedereen?• In een heelal met meer planeten dan sterren,

moet het toch krioelen van leven? !• Zijn er niet heel veel buitenaardse beschavingen? !• Een expansieve beschaving als die van ons zou

(met tijd van leven!) de hele Melkweg kunnen koloniseren…!

• Waarom zijn wij dan nog niet onder de voet gelopen? !

• Mogelijk is intelligent leven zeldzamer dat je denkt.

SETI - Search for extraterrestrial intelligence• Zoektochten gaande met radio- en optische

telescopen!• Radio al sinds jaren ’60!• Optisch sinds jaren ’80: zoeken naar gerichte

laserbundels!• Vooral particulier gesponsord: SETI Institute en

diverse universiteiten!• Bekende namen: Jill Tarter, Seth Shostak,

Peter Jenniskens

Massa heelal?

• 200 miljard zonsmassa’s per sterrenstelsel!• 100 miljard sterrenstelsels in het zichtbare heelal!• Probleem:!

– We weten niet hoe groot de rest van het heelal is!

– Bovenstaande schatting gaat alleen over de zichtbare materie: 96% wordt vertegenwoordigd door donkere massa (23%) en donkere energie (73%)

Donkere materie?• Dynamica sterrenstelsels en clusters → donkere materie

Rotatiekromme Melkweg

Gravitatielenzen

Wat is donkere materie?Kandidaten:!• Zeer zwakke sterren!• Heet gas tussen de sterrenstelsels!• Donkere planeten in de lege ruimte!• Zwarte gaten !• MACHOs (massive galactic halo objects)!• Neutrino’s met massa !• WIMPs (weakly interacting massive particles)

Donkere energie

• Heelal blijkt versneld uit te dijen!!• Ontdekt door Type 1a supernova’s in verre

sterrenstelsels, waardoor we afstanden konden meten!

• Negatieve zwaartekracht?!• Werkt op grote afstanden!• Wordt steeds sterker?!• Of toch iets mis met die supernova’s...

Samenstelling heelal nu

Samenstelling heelal nu

??

Samenstelling heelal: 380000 jaar oud

Inflatie

• Korte fase van zeer snelle uitdijing tijdens de oerknal!

• ‘Smeerde’ het heelal glad en lost het probleem van de missende monopolen op!

• ‘Werkelijke’ heelal veel groter dan wat wij zien!• Waar dijt het heelal in uit? Onze ruimte wordt

groter, maar ‘waarin’ heeft fysisch geen betekenis

Wat was er voor de oerknal?

• Wat is er ten noorden van de noordpool?!• Vraag heeft geen betekenis!• Voor de oerknal was er geen tijd zoals wij die

beleven!!• Maar er wordt wel gespeculeerd over

multiversum met ontelbare universums!• De energie die in het heelal zit, is er op de één of

andere manier aan het begin ‘ingestopt’!• Wie zich daar prettig bij voelt, mag daar de hand

van een schepper inzien, maar nodig is dat niet

Kunnen wij mensen alles begrijpen?Zijn wij mensen met onze hersenen ooit wel in staat om dingen te begrijpen als bijvoorbeeld ‘waar houdt het heelal op?’, ‘wat was er voor de oerknal’, etc. Ik zelf begrijp dat sowieso niet, maar ik vraag me af of wij mensen zodanig kunnen evolueren dat onze knapste exemplaren dit soort zaken überhaupt ooit kunnen begrijpen en/of verklaren? Is het een kwestie van wachten/evolueren of zullen we altijd tegen de beperkingen van onze hersenen aanlopen?

Kunnen wij mensen alles begrijpen?Kurt Gödel, wiskundig bewijs: “Als het systeem consistent is, kan het niet volledig zijn. (Dat is gewoonlijk bekend als de onvolledigheidsstelling.) De consistentie van de axioma’s kan niet bewezen worden binnen het systeem. ”!

Dit wordt soms uitgelegd als bewijs dat wij als onderdeel van het heelal, dat heelal nooit kunnen begrijpen. !

Toch is het bijzonder dat wij met ons huidige brein al zover gekomen zijn. Je kunt ook zeggen dat wij het middel zijn van het heelal om zichzelf te begrijpen…

Hoe verder met hobby?• Een eigen kijker? → www.sterrenkijker.nl!• Boeken en tijdschriften:

- Zenit- Sterren & Planeten- Sterrengids !

• Veel actueel nieuws on-line: - www.astronieuws.nl- www.allesoversterrenkunde.nl - www.space.com- hubblesite.org - www.eso.org/public/netherlands/

Hoe verder met hobby?• Verenigingen:

KNVWS - afdelingen, werkgroepen, landelijke bijeenkomsten, symposiawww.sterrenkunde.nl/knvws/!

• In Utrecht - Sterrenkundige Kring Minnaert: lezingen, kijkavonden, excursieswww.kringminnaert.nl!

• Forum: www.astroforum.nl!• Wordt vrijwilliger bij Sonnenborgh

(of een andere sterrenwacht)!• Wordt lid van Vrienden van Sonnenborgh - blad

voor donateurs en soms bijzondere activiteitenwww.sonnenborgh.nl

Nog vragen?

Winkel gaat zo open !

Bekijk het nog eens via www.sonnenborgh.nl/cursus