Het raadsel van de eerste sterren...
of 10
/10
-
Author
sterrenvereniging-astra-alteria -
Category
Science
-
view
49 -
download
1
Embed Size (px)
Transcript of Het raadsel van de eerste sterren...
1
Het raadsel van de eerste sterren
Prof. Henny J.G.L.M. LamersSterrenkundig Instituut
Universiteit van [email protected]
1Putten , 26 januari 2015
Een stukje sterrenhemel:miljoenen sterren
Stukje van de Zuidelijke Sterrenhemel
2
Een stukje sterrenhemel:miljoenen sterren
Stukje van de Zuidelijke SterrenhemelDe Melkweg op het Zuidelijk Halfrond
3
()
Groothoek opname van de hemel
4
Het Andromeda sterrenstelsel lijkt veel op onze Melkweg
Afstand 2 miljoen lichtjaar, diameter 100 000 lichtjaa
Wij zijn hier
5
Een zwerm van melkwegstelsels
Abell 1689
Afstand :2,5 miljard
lichtjaar
Diameter :2 miljoen lichtjaar
Duizenden melkweg-
stelsels op een kluit
6
2
Hubble Ultra Deep Field de verste opname ooit gemaakt
Oppervlak :0.1 x volle maan
Aantal melkwegstelsels
ca 10 000
Verste objecten :~11 miljard lichtjaar
Het heelal is doorzichtig: !7
Kleuren foto in het vroege heelalbijv ~100 000 jaar na oerknal
8
UV- mist!!
Kleuren foto in het vroege heelalbijv ~100 000 jaar na oerknal
Electronen waren vrij = los van H-atomen Vrije electronen verstrooiien het licht
9
UV- mist!!
De geschiedenis van het heelal
10
De stralings geschiedenis van het heelal= de geschiedenis van waterstof
1. Na oerknal: heet Heelal = Ondoorzichtig = mistigdoordat vrije electronen licht verstrooiien.de electronen zijn vrij als T > 3000 CH is geioniseerd
2. Het heelal zet uit en koelt af Als T < 3000 C dan worden electronen gevangen door protonen (H wordt neutraal)Geen vrije electronen meer die licht verstrooiien:Het heelal wordt doorzichtig.
11
Toen de mist optrok zag het heelal er zo uit !
kosmische achtergrond stralingOntdekt bij toeval
in 1960 door Penzias en Wilson
12
mm-straling
3
Baby-foto van het heelal: 380 000 jaar na oerknal toen de mist was opgetrokken. Verschillen tussen de helderste (heetste) plekken en de koudste (zwakste) plekken is slechts 0,001 %.
Toen de mist optrok zag het heelal er zo uit !
WMAP satelliet 2001 = kosmische achtergrond straling
13
De kosmische achtergrond straling ontstond toen de “mist” in het heelal
optrok, 380 000 jaar oerknal
14
De stralings geschiedenis van het heelal= de geschiedenis van waterstof
1. Na oerknal: heet Heelal = Ondoorzichtig = mistigdoordat vrije electronen licht verstrooiien.de electronen zijn vrij als T > 3000 CH is geioniseerd
2. Het heelal zet uit en koelt af Als T < 3000 K dan worden electronen gevangen door protonen (H wordt neutraal)Geen vrije electronen meer die licht verstrooiien:Het heelal wordt doorzichtig.
15
Maar:neutraal waterstof absorbeert UV licht, dusvoor UV straling blijft het ondoorzichtig!
De doorzichtigheid van het heelal:
Het absorptie spectrum van neutraal H
Als het gas in het heelal, in melkwegstelsels en in ruimte tussen de melkwegstelsels,
neutraal was, dan zou het heelal ondoorzichtig zijn voor UV straling
16
17
Toch kunnen we melkwegstelsels zien tot op grote afstand (miljarden lichtjaar)
Het zichtbare licht dat we van de verste stelsels zien is uitgezonden als UV straling.
Dus het heelal is toch doorzichtig voor UV straling!
Er moet dus iets zijn geweest dat H weer ioniseerde.
Straling van de eerste sterren !!
11.0 11.4 11.4 11.6 11.7
De stralings geschiedenis van het heelal= de geschiedenis van waterstof
1. Ondoorzichtig = mistigdoordat vrije electronen licht verstrooiiende electronen zijn vrij als T > 4500 CH is geioniseerd
2. Het heelal wordt doorzichtig.doordat electronen worden gevangen door protonenals T < 4500 CH is neutraalMaar: voor UV straling blijft het ondoorzichtig!! door absorptie t.g.v. neutraal H
3. Het heelal wordt doorzichtig voor UVdus electronen zijn weer vrij; re-ionisatie van H
wanneer en hoe ??? 18
4
Het einde van de donkere periode : = de eerste sterren?= tijdstip van de re-ionisatie
380000 jaar: achtergrond straling (H-neutraal)??? jaar : eerste sterren (H-geioniseerd)
19
13,8 Gjr
Vragen.Wanneer en hoe ontstonden de
eerste sterren ? Waren dat normale sterren ?Wat was hun invloed op het heelal?Kunnen we ze nog zien?
20
Rood=gebieden waar sterren geboren worden
Sterren ontstaan in Melkwegstelsels
M74
Afstand 30 Mlj
21
Hoe ontstaan van sterren ?Sterren ontstaan uit gaswolken
Cocoon Nevel
Afstand=3300 lj
Diameter=45 lj
Massa = 10000 x zon
22
Ontstaan van sterren uit gaswolken
Gasdruk~ T ρ
Zwaartekracht~M/ R 2
Sterren ontstaan uit gaswolken als de zwaartekracht het wint van de gas-druk.
Dit hangt dus af van massa en temperatuur van wolk.
Koude zware wolken maken gemakkelijkst sterren
23
Criterium voor samentrekking van
gaswolken
Sir James Jeans
1877 - 1946
Mwolk > MjeansMjeans = Constante T 3/2 ρ -1/2
Hoe heter een wolk, des te groter de Jeans massa
Uit heet gas kunnen alleen zware sterren worden geboren !!!
24
5
Tegenwoordig zijn de gaswolken waaruit sterren ontstaan koud
20 K = -250 CKoeling door uitstraling van energie :
Moleculen : voornamelijk CO (micrometer straling)
Stof korrels ( infrarood straling)
25
De geboorte van sterren uit gaswolken
Samentrekking van een zware
wolk
Fragmenteren van
samentrekkende wolk
Fragmenten trekken samen:
sterren
Sterren in jonge Sterrenhoop
26
de vorming van een sterhoop
Mark Krumholtz27
De vorming van sterren en melkwegstelsels in het vroege heelal
1. Het gas in het heelal was vroeger heet en koelde af door de uitdijing van het heelal.
2. Dus de Jeans massa was eerst hoog
3. Dus de eerste strukturen waren zwaar!!
= proto-melkweg stelsels !van 1000 a 100 000 zonsmassa
28
Een proto-melkwegstelsel ?
Subaru telescoopAfstand 12.9 Glj
29
Maar ze leefden heel kort !! ~1 miljoen jaar
Hoe zit het met de eerste sterren ?
Eerste gaswolken konden niet goed koelen (geen CO moleculen, wel H2 moleculen )
Eerste sterren waren dus zwaar : 1000 x zon ?en heel helder: 1000 000 x zon ?
Eerste sterren ontstonden in proto-melkwegstelsels
Dus als we ze willen zien, dan moeten we ver in het verleden kijken = ver weg = heel zwak
30
6
De straling van het gas van de oerknalgemeten door de WMAP satelliet (2001)
Baby-foto van het heelal: 380 000 jaar na oerknalafwijkingen minder dan 0.001 % !
31
Struktuur vorming in heelal
Millenium simulatie: Volker Springel, 1999 32
33
De vorming van de eerste sterren
34Mark Krumholtz
The formation of the first stars and reionization of the Universe
Volker Bromm35
De eerste (zware !) sterren ontsteken in het heelal
Artist impression36
7
Ionisatie bellen van hete sterren
37
De geschiedenis van het heelal
38
Sterhoop M13 : 11,7 miljard jaar
39
Het spectrum van een quasar
40
Spectra van quasars tot 3 Glj afstandVerschuiving naar langere
golflengte door het Doppler effect
41
Relatie tussen Z, afstand , leeftijd
Leeftijd na oerknal: t = 13.8 / (z+1) Gjr
Afstand tot ons: d = 13.8 (z/z+1) G ljr
Roodverschuiving: z= ( λobs/ λ rust) -1
42
8
Het spectrum van een quasarop grote afstand
(Z=3.2)43
Afstand = 10,5 miljard lj
Nog verder weg: 11.9 GljQuasar J2329-0301 (Z=6.4)
Helemaal geen flux bij korte golflengte !! straling ge-absorbeerd door neutraal H
44
Het einde van de donkere periode : = de eerste sterren?= tijdstip van de re-ionisatie
380000 jaar: achtergrond straling (H-neutraal)??? jaar : eerste sterren (H-geioniseerd)
45
Zoeken naar de oudste sterren in ons melkwegstelsel
“Metaal -arm“ = weinig van alles zwaarder
dan H en He
46
de halo van onze Melkweg
47
Objectief prisma opnamen
Hamburg/ESO survey
Christlieb
48
9
Hoe vind je metaal-arme sterren ?
Lage resolutie (object prisma)
Tussen resolutie
Hoge resolutie
3 stappen
Blauw = normale sterRood = metaal arme ster
49
meest metaal-arme ster : HE 0107-5420
0.000004 x zon
0.00006 x zon
1 x zon
50
de meest metaal-arme ster : HE 0107
0.000004 x zon
0.00006 x zon
1 x zon
Deze ster ren hebben “metalen : bijv C en Mgdus het zijn
geen eerste generatie sterren !!
51
Twee verklaringen voor chemische samenstelling van meest
metaal arme sterren
52
Verrijking door supernovae?
53
Verrijking door supernovae?
Verrijking door SN van 25 Mzon !
54
10
Conclusies en vragen ?1. Wanneer ontstonden de eerste sterren?
Volgens de theorie na ca 400 Mjr.
2. Die eerste sterren waren zwaar (100 a 1000 x zon)
3. Hun straling ioniseerde H in het heelal, waardoor het ook in het UV doorzichtig werd.
4. Re-ionisatie was compleet op Z ~6, dat is na 1/7 van Oerknal tijd = 2 miljard jaar!
55
Conclusies 5. Eerste sterren van ~1000 Mzon leefden heel
kort ~miljoen jaar : moeilijk waar te nemen
6. De oudste sterren in ons MW stelselzitten in de halo en zijn geen eerste generatie sterren maar wel heel vroege generatie: want ze hebben zeer weinig elementen zwaarder dan H en He
7. Ze zijn verrijkt met gas van supernova van 25 zons massa. Dat is ook geen eerste generatie.
56
THE ENDDank U voor Uw
aandacht !
57
[email protected] www.hennylamers.nl
AstroboekjesDe Mens tussen de sterren: wij zijn gemaakt van sterrenstofOver het ontstaan en leven en dood van de sterren, en hoe de mens een gevolgdaarvan is.
Hallo is daar iemand: speuren naar leven in het heelal: Over het ontstaan van leven op aarde, de kans dat er elders in het heelal leven is, en de zoektocht daarnaar
De oerknal en het uitdijend heelal: op zoek naar deoorsprong:Over het ontstaan van het heelal, het uitdijende heelal en hoe we daar achter
gekomen zijn
Het draait allemaal om de zon: ontstaan, bouw, entoekomst van ons planetenstelsel.Hoe het komt dat er rotsplaneten en gasreuzen zijn, waarom zijn alle manenverschillend, waar komen kometen vandaan, hoe ontstonden plantoïden?
Astroboekjes
Deel 1: De Mens tussen de sterren: wij zijn gemaakt vansterrenstof (12 druk)
Deel 2: Hallo is daar iemand: speuren naar leven in hetheelal (10e druk)
Deel 3: De oerknal en het uitdijend heelal: op zoek naarde oorsprong (8e druk)
Deel 4: Het draait allemaal om de zon: ontstaan bouw enevolutie van het planetenstelsel (1e druk)
Te bestellen door overmaking van €7.50 per boekjeop rekening NL37 INGB0000630339 tnv H.J. Lamers, Bilthoven, o.v.v. de titel (s) van het/de boekje(s), plus een email bericht [email protected] met het bestemmings-adres.
De geschiedenis van het heelal
60
