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