Les 7dd. 4 Maart 2013

Rietveld-Lyceum Doetinchem

De OERKNAL / BIG BANG

v.s.w. Corona Corona Borealis Zevenaar

Een antiek instrument

“ALMA”

een van de 64 antennes

via interferometrie scherpe beelden van kleine delen van het heelal op grote afstand.

H-R- diagram (Herzsprung-Russell-diagram)

Beknopte lessen gehad over de Zon, Planeten het Zonnestelsel en als laatste: instrumenten en Sterrenstelsels

DIT STERRENSTELSEL, EEN VAN DE MINIMAAL 200. MILJARD, REEDS GEZIEN IN EEN VORIGE LES.

MET 200 MILJARD STERREN, GASWOLKEN, MET ZWART GAT IN HET HART.

Messier 83AFSTAND: 15 MILJ. L.JSNELHEID: 1000KM/SEC.

Laatste les zijn beandeld : de Sterrenstelsels

GRAFISCHE weergave van de ONTWIKKELING van het HEELAL. Van OERKNAL tot HEDEN in 13,7 miljard jaar. =HET ZICHTBARE HEELAL.Werkelijkheid: BOLVORMIG. HEDEN een DOOSNEDE van 45-50 miljard Licht-Jaren.

In deze les: van oerknal (links) tot het groene vlak (de gemeten achtergrondstraling) 2e uur: van 380.000 jaar(groene vlak) tot heden.

• Historie 1 (blz.214 - 228 - 229)• WAT MEN DACHT EN WIST.• Voor 1923 geen overtuigend idee dat naast melkwegstelsel er meer

sterrenstelsels waren. • Eind 19e eeuw discussies en vermoedens. In 1923 bevestiging door

Hubble.• Lemaitre(Belg+priester 1894-1966): heelal vroeger compacter. Ontstaan

door explosie van oeratoom. • 1929: Hubble(U.S.A.1889-1953) ontdekte uitdijing van het heelal.• George Gamov(1904-1968): werkte idee(1945-”50) van Lemaitre uit.: het

jonge heelal heet >> spontane kernfusie. • Vervolgens de theorie: ”Hot Big Bang” >> alle elementen gevormd.• Fred.Hoyle(G.B.1914-2001); introduceerde de naam “Big Bang”. Toonde

aan: Alle zware elementen gevormd bij kernfusiereacties in inwendige van sterren.

• Oerknaltheorie: interressant maar onbewijsbaar. TOT :

• HISTORIE 2• In jaren 60: kentering; WEL aanwijzingen !!

• Metingen hoeveelheden in heelal van helium,deuterium,lithium, komen nauwkeurig overeen met voorspellingen van oerknaltheorie, met extreem hete, compacte beginfase.

• Waarnemingen Radiostelsels: Heelal zag er vroeger anders uit.• (Hoyle’s idee: onveranderlijk heelal >> niet meer juist)• 1965: Ontdekking achtergrondstraling door Penzias en Wilson • (Bell Lab. USA)

Bell LabJanskie antenne

MODERNE OERKNAL THEORIE• Berekeningen op basis van de huidig bekend zijnde fysische wetten. Deze zijn pas

mogelijk vanaf circa 5x10 -44 seconde na de oerknal. Daarvoor niets bekend.• In het begin: Quantumfluctuatie. Daarna extreem supercompacte samenstelling van

energie en evoluerende velden• Er zijn theoriën over, maar die zjjn hier te moeilijk!! (temp: >>1028 Kelvin) (begon in

Singulariteit).• Energie wordt materie, De materie vriest als het ware uit tijdens het uitzetten van

de ruimte. De materie geeft zwaartekracht die het uitzetten afremt • Inflatie periode: (Guth 1981) korte periode van exponentiele versnelling.

Oorzaak: Het inflatonveld, dat een negatieve druk geeft. Eerste elementaire deeltjes ontstaan dan (waaronder quarks en electronen). Samenvoegen van quarks: geeft protonen, zijnde waterstofkernen en ook

neutronen.• Na 3 minuten: ook kernen van: helium, deuterium en lithium.• Na 380.000 jaar : heelal voldoende afgekoeld, Daardoor binden electronen zich aan

de protonen. Eerste neutrale atomen. Licht kan vrij passeren• Ontstaan Kosmische Achtergrondstraling. daarin dichtheids fluctuaties: in

afkoelende oermaterie, daarvoor een ondoorzichtig plasma.• Veel later: Vorming van de eerste sterren-(stelsels)

OERKNAL: temperaturen van miljarden graden

en zeer hoge druk.

Na 380.000 jaar temperatuur en druk enorm

verlaagd. Ontstaan van atomen.

Heelal wordt doorzchtig.

BEGRIP:ER WAS GEEN LEEG HEELAL,

NA DE OERKNAL ONTSTONDEN:RUIMTE en TIJD +

ENERGIE en MATERIE.ONTSTAAT HET HEELAL.

IN HET BEGIN: ZESTAL PHASEN1) Plancktijd-Perk: 0 sec. tot 10. /--10 tot 43e sec Zwaartekracht==andere fundamentale krachten

(een totaal kracht ?), Miljardengraden en druk, instabiel. Vorm van energie. Einde Plancktijdperk: t.g.v. Symmetriebreking; Zwaartekracht “vrij”.

2)Grote Unificatie Tijdperk(G.U.T.) : 10./--10 tot 43e sec. tot 10./--10 tot 36e sec. Afgekoeld tot 10 tot.27 K. Sterke kracht scheidt zich af van de andere twee fundamentele krachten.

Vorming van X enY bosonen.

3) Electrozwakke tijdperk: 10./--10 tot 36e sec. tot 10./10 --tot12e sec. Begin van Inflatieperiode. Begon met scheiding sterke kracht van electrozwakke kracht. Fusie Electro-magnetisme –

Zwakkewisselwerking tot een Electrozwakke interactie. Heelal vulde met dicht heet Quark-Gluon plasma. Creaties van W en Z bosonen(aangetoond) en Higgs-bosonen.

4) Quark tijdperk: 10./--10 tot12e sec. tot 10./--10 tot 6e sec. periode van definitieve , huidige, vorm van fundamentele interactie tussen: zwaartekracht, electromagnetisme, de sterke en zwakke

wisselwerking. Vorming van quarks.

5) Hadron tijdperk: 10/--10 tot 6e sec.tot 1 sec. Eerst vorming van Hadron en Anti-Hadronparen. Als temperatuur voldoende is gedaald (< 10 tot 13 K.) om quarks aan elkaar te verbinden. Eliminatie van

Anti-Hadronen voltooid. Klein restje hadronen (4 %) over.(Baryonen en Mesonen)

6) Inflatie tijdperk: fase van expotentiele uitbreiding. T.g.v. “vacuumenergie met negatieve druk”. Expansie met een factor 10 tot 30e tot wel 10 tot 100e. In een tijd van 10 tot –36e sec. tot 10 tot –

32e sec.Veel nog onbekend. Vele modellen ontwikkeld.

7 Baryogenese. Van 10 tot –10 tot 35e. Tot 380.000 jaar na oerknal. Hypothetische fysieke processen veroorzaken tussen baryonen en anti-baryonen. Resulterend in

zichtbare materie: Baryonen waaruit wij ,aarde, sterren, etc uit bestaan. Gemaakt van een aantel quarks. Toch is het maar 4 %. 96% is donkere materie en enenrgie.

Verdere afkoeling tot 3.000 gr.K. Ontstaan van eerste eenvoudige moleculen: voornamelijk Waterstof en kleine hoeveelheden Helium en Lithium

Heelal wordt doorzichtig.

Bewijs van de Oerknal ?Bal met enorme dichtheden en temperaturen (miljarden gr.)

zwaartekracht de enige kracht. Toch dijt de bal uit. !1979 Adam Guth : op basis van Einsteins’s ideen (o.a. de

kosmologischte constante) de de negatieve druk van de zwaartekracht ontwikkeld.

ACHTERGROND STRALING OPNAME VAN HET OUDSTE ZICHTBARE DEEL VAN HET HEELAL.

380.000 JAAR NA DE OERKNAL.Heden een temperatuur van 2,7 graden Kelvin= min 270 gr.Celsius

Links: De hele aardeOnder: Het hele heelal

VERDELING VAN MATERIE

BOVEN : HEDEN 13,7 miljard jaar na de Oerknal

ONDER: 380.000 JAARna de Oerknal

Hierna de volgende les

Deel van het heelal Op basis van

gemeten afstanden /verdeling

IN DE BEGIN FASE DE ONTWIKKELING van GROTE / ZWARE STERRENVELE MALEN DE ZON. Tot zeker een 1.000 maal.

DAARNA VORMING VAN STERRENSTELSELS.

Een “moderne” radiotelescoop (Drenthe)

Computer simulatieDe structuur van het huidige Heelal = een “spons”.

De “lijnen” zijn in feite miljoenen sterrenstelsels met plaatselijke verdichtingen(geel)

Animatie

in rood grootste verzameling.Donkerblauw: leeg en donkere

materie en donkere energie

Een prachtopname van drie sterrenstelsels.De twee grootste beinvloeden elkaar. Mogelijk in de

toekomst eenbotsing door elkaar vliegen

CENTRUM VAN HET MELKWEGSTELSEL. OP EEN 22.000LICHT JAREN AFSTAND VAN DE AARDE

SOMBRERO—sterrenstelsel(Messier 104)Afstand: 50.miljoen Licht Jaren

een van de 177 miljard sterrenstelsels