Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Sterrenstelsels en kosmologie
Voorstellen
•Wim Schmidt
•Onderwijskundige
•Kandidaats sterrenkunde
•Amateur sterrenkundige
•Voorzitter Platform Lichthinder
•Bedrijf in lichthinder
Inhoudsopgave
• Ons eigen melkwegstelsel
• De Lokale Groep
• Sterrenstelsels
• Structuur in het heelal
• Pauze
• De geschiedenis van het heelal
• Standaard big bang theorie
• De toekomst van het heelal
The Antennae Galaxies, NGC 4038/4039 - HST
Overzicht Ons Zonnestelsel
99% van de massa in de zon
0,5% in Jupiter
Ouderdom 4,5 miljard jaar
1 zon
9 planeten
100 manen
Restmaterie
Diameter 10 licht uur
Op lichtjaar afstand 1 miljard kometen
12
Alle sterren die we met het blote oog zien zijn
onderdeel van ons melkwegstelsel
Melkweg
Ons Melkwegstelsel
Andromeda
Magellaense wolken
Grote beer
Tweeling
Orion
Om te begrijpen hoe ons Melkwegstelsel in elkaar zit, is het cruciaal afstanden te kunnen bepalen
Lier
In 1838 voor het eerst de afstand tot een ster gemeten met parallax
In 1838 vindt Bessel de afstand tot een ster met behulp van de parallax methode: 61 Cygni op 11,4 lichtjaar
Maar dat was nog maar 1 van de xxx sterren in de Melkweg…
Cepheïden: pulserende sterren als meetlat
Henrietta Leavitt ontdekte dat zwakkere
Cepheïden sneller pulseren (begin 20e
eeuw)
1920: The Great Debate over omvang van ons melkwegstelsel en de aard van vage nevels
Harlow Shapley
Melkweg is zo enorm, gasnevels zijn onderdeel van ons melkwegstelsel
Heber Curtis
Nevels zijn andere “eiland heelallen”
1923 - 1930: Observationeel bewijs voor “eiland heelal” theorie en correcte afmeting melkweg
1930: Robert Julius Trumpler gebruikt RR Lyrae sterren in
bolhopen om de omvang van de Melkweg te bepalen
1923: Edwin Hubble meet de afstand tot de Andromeda nevel met behulp van
Cepheïden op 2,54 miljoen lichtjaar en concludeert: dit is buiten onze Melkweg
Waarnemingen van radiostraling gedaan met de Dwingeloo telescoop
(vanaf 1956) laten de verdeling van moleculaire
wolken in ons melkwegstelsel zien en onthullen daarmee de
spiraalstructuur
Radiotelscoop in Dwingeloo
Onze Melkweg, wat we nu weten:
• Zon 1 van de 200 miljard sterren
• Diameter 100.000 lichtjaar
• Dikte 5.000 lichtjaar
• In de schijf: relatief veel blauwe jonge, grote sterren en al het gas en stof
• In het centrum: oude sterren en een zwart gat
• In de halo: verspreide oude sterren en bolhopen
• 90% in sterren, 10% in gas
M74 en M104 als voorbeeld van een spiraalstelsel
Nu hebben we een rijkdom aan observaties beschikbaar
De zon: • 30.000 lj tot centrum • 50 lj boven het vlak • Aan de rand van de Orion arm • Zon draait in 200 miljoen jaar om centrum
U bent hier: de plaats van de zon in de Melkweg
Centrum Melkweg
Visueel Radiostraling
Infrarood X ray
Inzoomen op de kern: het centrum van onze Melkweg is dichtbevolkt
Het centrum van de Melkweg zit verstopt in grote hoeveelheden gas en stof. Zonder extinctie is de kern
zo helder als de volle maan
Inzoomen op de kern: In het centrum van de Melkweg bevindt zich een zwart gat
Sterren bewegen met snelheden tot wel 1500 km per sec. Hun banen laten zien dat er zich een zwaar object in het centrum bevindt: 200 miljoen zonsmassa’s. Dit is waarschijnlijk een zwart gat
De Maggelaense Wolken zijn de meest nabije sterrenstelsels
Meest nabije buurstelsels
zijn de Grote en de Kleine
Magellaense Wolk, te zien
vanaf het zuidelijk
halfrond.
Lokale groep
De Kleine en Grote Magelaense Wolken zijn
onregelmatige stelsels. Ze worden uit elkaar
getrokken door de Melkweg.
Uitzoomen: de buitenwijken van de Melkweg tonen tekenen van kosmisch kannibalisme
Beter een goede buur dan een verre vriend: 30 sterrenstelsels in de Lokale Groep
De Melkweg en de Magelaense Wolken zitten samen met nog 27 andere stelsels in de Lokale groep
3 grote spiraalnevels • Melkweg • Andromeda M31
• Pinwheel M33
De Lokale Group is onderdeel van de Virgo Cluster.
Andromeda nevel M 31
De spiraalstelsels in de Lokale Groep
Pinwheel M 33
Over 4 miljard jaar zullen de Melkweg en Andromeda op elkaar botsen
Een impressie van de nachthemel over 4 miljard jaar: de Melkweg in botsing met Andromeda
Melkwegstelsels
Stelsels in soorten en maten
M83: een spiraalstelsel waarin veel jonge sterren worden gevormd
ESO 510 13: warp na interactie met een ander stelsel?
M104: Sombrero galaxy
NGC1300: een balkspiraal
M87: een elliptisch stelsel
NGC 5253: een onregelmatig dwergstelsel
Hubbles stemvork
Botsende stelsels: NGC 2207 en IC 2163
Botsende stelsels: The Antennae (NGC 4038 / 4039)
melkwegstelsels en kosmologie 43
Botsende stelsels: Arp 295
De 1.000.000 helderste sterrenstelsels zijn niet gelijkmatig over het heelal verdeeld
De verdeling over de ruimte laat een sponsachtige structuur zien, vol dichter bevolkte clusters van stelsels afgewisseld met
legere gebieden
Vorming van sterstelsels
De 1.000.000 helderste sterrenstelsels zijn niet gelijkmatig over het heelal verdeeld
Overzicht Ons Bekende Heelal
• 200 miljard melkwegstelsels
Ouderdom 13,7 miljard jaar
10 tot de 78ste protonen 10 tot de 88ste fotonen
Gemiddelde dichtheid is 1 proton per kubieke meter
Temp: 2.8 graad Kelvin
Pauze
Kosmologie
Elke cultuur heeft een verhaal, een kosmologie Centrale vragen:
Waar komen we vandaan: geschiedenis Waar gaan we heen: toekomst Wat is het heelal eigenlijk? Wat is ‘onze’ plek?
melkwegstelsels en kosmologie 49
De Doppler verschuiving geeft de snelheid van een sterrenstelsel
In 1916 bepaalde Vesto Slipher de snelheden tot
nabije sterrenstelsels en ontdekte dat ze allemaal van ons af bewogen
melkwegstelsels en kosmologie 51
Het Doppler effect zien we ook bij het licht van sterrenstelsels
1929: Hoe verder een sterrenstelsel van ons af staat, des te sneller beweegt deze van ons weg
Edwin Hubble gebruikt de helderste sterren in sterrenstelsels om de
afstand te bepalen
Hij neemt aan dat deze helderste sterren dezelfde intrinsieke helderheid
hebben
Hubbles data Conclusie: hoe verder weg, des te
hoger de snelheid
Uitdijend heelal
melkwegstelsels en kosmologie 56
Of we bevinden ons op een hele speciale locatie, of het heelal dijt uit
U bent hier
Model in twee dimensies
Wet van Hubble: Afstand= constante maal snelheid
De afstand tussen de sterrenstelsels O
nd
erlin
ge a
fsta
nd
Tijd
De afstand tussen de sterrenstelsels O
nd
erlin
ge a
fsta
nd
Tijd
dichtbij
ver weg
toekomst vroeger
De afstand tussen de sterrenstelsels O
nd
erlin
ge a
fsta
nd
Tijd
dichtbij
ver weg
toekomst vroeger
Hoe snel het heelal uitdijt, vertelt ons iets over de leeftijd van het heelal, maar…
De zwaartekracht trekt aan het heelal en remt het af
is het wel altijd hetzelfde geweest?
De afstand tussen de sterrenstelsels O
nd
erlin
ge a
fsta
nd
Tijd
Uitdijing vertraagt
Hoe lang geleden?
Terug kijken in de tijd
Hubble ultra Deep field
Terug kijken in de tijd
Goods Deep field
Verste sterrenstelsel
Afstand 12 / 13 miljard lichtjaar
Massa: 1 miljard zonsmassa
Kosmische achtergrondstraling: bullshit (pigeon’s shit)?
In 1964 ontdekten Arno Penzas en Robert Wilson bij toeval de kosmische achtergrondstraling. Dit nadat ze alle andere mogelijke bronnen hadden uitgesloten.
Nu veel gedetailleerdere waarnemingen van de achtergrondstraling: temperatuur = 2,73 graden Kelvin
Planck
Fluctuaties in de orde van een miljoenste graad
WMAP
Ver weg kijken is terugkijken in de tijd
Big Bang Theorie
13,7 miljard jaar geleden alles dicht op elkaar Alle materie/ energie in een kleine ruimte met erg hoge temperatuur. Alles gaat uitdijen Sindsdien zet de ruimte al 13,7 miljard jaar uit
• Dezelfde energie verdeeld over groter gebied: afkoeling • Hoe snel de uitdijing in verleden was, weten we niet • Vergelijk met rijzen krentebol • Onze meetlatten worden niet langer
De geschiedenis van het heelal
Eerste tien minuten alleen straling
Na 10 minuten ontstaan deeltjes • zelfde condities als in centra sterren: vorming van
protonen, neutronen en kernen van helium
Na 300.000 jaar is het afgekoeld tot 4000 graad • ontstaan atomen; fotonen kunnen vrij reizen:
achtergrondstraling
Ontstaan sterren en sterstelsels, 100 miljoen jaar?
Huidige heelal, 2,74 graad
Wat is het heelal?
Vera Rubin
74
Er is meer materie dan we kunnen zien
Wat is Dark Matter?
• Jupiter achtige lichamen, onvoltooide sterren?
• Intergalactisch gas?
• Dark holes?
• Neutrino’s hebben massa?
• Onbekende deeltjes? Neutralino’s?
• Weakly interacting massive particles ( Wimps)
vijf maal meer dark matter dan gewone materie
De toekomst voorspellen O
nd
erlin
ge a
fsta
nd
Tijd
De toekomst voorspellen O
nd
erlin
ge a
fsta
nd
Tijd
De toekomst voorspellen O
nd
erlin
ge a
fsta
nd
Tijd
De toekomst voorspellen O
nd
erlin
ge a
fsta
nd
Tijd Big Bang
De toekomst voorspellen O
nd
erlin
ge a
fsta
nd
Tijd Big Bang
gnaB giB
Het heelal is gesloten
On
der
linge
afs
tan
d
Tijd
Het heelal is vlak
On
der
linge
afs
tan
d
Tijd
Het heelal zet
versnellend uit
Het heelal is open
De afremming van de uitdijing het heelal vertelt ons hoe de toekomst eruit ziet
Type 1a supernovae als standaardkaars
Type 1a supernova hebben een vaste manier van afzwakking : verste afstandsbepaler
(standaardkaars)
Analyse van type 1a supernovae geeft de verhouding tussen afremmend en versnellend materiaal
Er is veel te weinig massa in het heelal om het vlak te kunnen maken (27% van de massa die daarvoor nodig is)
En er is 5 meer zwaartekracht dan atomen…
Dark energy
Analyse van type 1a supernovae geeft de verhouding tussen afremmend en versnellend materiaal
27% van het materiaal oefent zwaartekracht uit
73% duwt alles juist bij elkaar vandaan
De voorlopige conclusie: een steeds sneller uitdijend heelal, steeds meer gedomineerd door donkere energie
Hoe meer het heelal uitdijt, des te meer donkere energie die tegen de afremmende zwaartekracht in kan duwen,
waardoor er weer meer ruimte ontstaat en meer donkere energie. (etc etc etc)
Er wordt sneller ruimte gecreëerd dan het licht kan reizen. Het licht bereikt ons niet meer en in het voor ons zichtbare
heelal zijn steeds minder objecten te zien.
Toekomst
•Zon na 4 miljard jaar rode reus en aarde verdampt
•Over 5 miljard jaar botsing met Andromeda
•Alle losse gas is in sterren omgezet en die doven uit in een langzaam donkerder heelal
•Sterstelsels verdwijnen uit het zicht door versnellende expansie
Wat is zeker en wat is onzeker?
• Het deel voor de pauze ligt redelijk vast
• Standaard Big Bang geaccepteerd door 90% van de astronomen
• Er zijn een aantal belangrijke sceptici, die de uitdijing van het heelal anders uitleggen: zoek op ‘Arp’.
• Er zijn mensen die ook probleem van de dark matter anders verklaren: zoek op ‘Mond theory’. (Modified Newtonian Dynamics)
• Erik Verlinde, net zijn nieuwe theorie gepubliceerd
• ( Te) veel vreemde toevalligheden: keuze van natuurconstanten
Plaats van “ons”
•Zijn we alleen? •Seti
•Zijn er andere delen van het heelal met andere natuurconstanten? Multiversum?
•Anthropisch principe, God en wij
Zucht en een biertje