Terug naar het begin - Corona Borealis | Zevenaar

Terug naar het begin
Van ontstaan van de aarde naar de oerknal
Terug naar het begin
Moeder aarde NU
Terug naar het begin
Ons zonnestelsel
Terug naar het begin
Ontstaan Zon
 
Melkweg ontstaan 12 miljard jaar geleden. Daarna zijn andere
kleinere sterrenstelsels, gas- en stofwolken geïntegreerd
 
Zonnestelsel ontstaan 4,5 miljard jaar geleden
 
Zon ontstaan uit grote gas en stofwolk.
 
Mogelijk door een nabije supernova is gas/stofwolk in beweging
gebracht.
 
Door gravitatie wordt wolk een roterende platte schijf met een
steeds verdere verdichting
 
Verdichting leidt tot hogere temperatuur
 
Als temperatuur oploopt tot 15 miljoen graden Celsius treedt
kernfusie op
 
Door kernfusie gaat de verdichte gaswolk licht uitzenden: een
ster is geboren.
 
Hoe groter een ster, hoe sneller hij opbrandt
 
Onze zon ‘verbrand’ 600 miljoen ton waterstof per seconde en
heeft voor 9 miljard jaar ‘brandstof’
Terug naar het begin
Ontstaan zonnestelsel
  In ster wordt waterstof omgezet in Helium. Als hoeveelheid waterstof afneemt
wordt helium omgezet in koolstof, koolstof in Stikstof, stikstof in zuurstof etc.
  Zodra ijzer wordt gevormd komt er geen nucleaire energie meer vrij; alleen
gravitatie blijft over. Ster implodeert.
  Door de enorme dichtheidstoename wint de afstoting van de kerndeeltjes het van
de gravitatie en explodeert de ster. Wat overblijft is een zeer dichte kern
(neutronenster) en de wegeslingerde restanten waarbij door de hoge temperaturen
(100 biljoen graden) hogere elementen worden gevormd (b.v. goud, platinum,
uranium etc). Dit noemt men een supernova.
  Als ster > 7,6x zonmassa ontstaat een neutronen ster, als ster >15x zonmassa
implodeert de kern tot een zwart gat
  Weggeslingerde restmateriaal zijn bouwstenen voor nieuwe sterren en/of planeten.
  In ruimte bestaat zichtbare materie voor 75% uit waterstof en 24% uit helium en
lithium. Alle andere elementen tesamen vormen 1%van de zichtbare materie. Alle
zichtbare materie is slechts 4% van het totaal (23% donkere materie en
73%donkere energie).
Terug naar het begin
Ontstaan zonnestelsel
Terug naar het begin
Zonnestelsel
  Rond de zon cirkelden talloze brokstukken in een platte schijf; restanten van een
supernova.
  In de loop van miljoenen jaren klonterden brokstukken samen, vormden zich
hemellichamen, hierdoor werd gravitatie sterker en werden meer brokstukken
aangetrokken en groeiden de hemellichamen uit tot planeten.
  De eerste planeten veegden met behulp van de gravitatie hun baan schoon en
werden groter en groter.
  Oftewel de aarde lag tijdens de eerste miljard jaar continu onder vuur van
meteorieten en kometen, de restanten van een supernova.
  Deze meteorieten gaven de aarde zijn metalen, de kometen gaven de aarde water.
  De vloeibare metalen kern zorgde voor een aardmagnetisch veld dat gevaarlijke
straling buiten hield.
  De aarde was groot genoeg om de waterdamp vast te houden. De aarde kon
afkoelen en dat maakte leven mogelijk.
Terug naar het begin
Ontstaan zonnestelsel
Terug naar het begin
Ontstaan aarde
Stof en brokstukken
klonteren samen.
Botsingen tussen grotere
en grotere objecten
resulteren in een asteroide
Terug naar het begin
Ontstaan aarde
Het steeds groter
wordende hemellichaam
warmt op en begint
binnenin te smelten
Terug naar het begin
Ontstaan aarde
Zware gesmolten metalen
deeltjes komen samen en
zinken naar het centrum
van het hemellichaam. Het
lichtere silicium of magma
wordt naar de oppervlakte
gedrukt. Hierdoor komen
de zwaardere mineralen in
de mantel terecht.
Terug naar het begin
Ontstaan aarde
Het resultaat is een
gelaagd hemellichaam met
een metalen kern en
mantel en een aardkorst.
Terug naar het begin
Ontstaan aarde
  Zo’n 4,5 miljard jaar geleden kwam aarde in botsing met een
planetoïde met ca. 10% massa aarde.
  Binnenkant planetoïde bevatte vnl. ijzer en buitenkant lichtere
materialen.
  IJzeren binnenkant versmolten met kern aarde.
  Lichte buitenkant in brokstukken door aarde weerkaatst.
  Deze brokstukken hebben in de loop der jaren de maan
gevormd.
  Convectiestromen in vloeibare ijzeren buitenkern rond de
vaste ijzeren binnenkern vormt een sterk aardmagnetisch veld
dat de vorming van leven mogelijk maakte.
Terug naar het begin
Ontstaan aarde
Terug naar het begin
Ontstaan aarde
• Aarde beschermd door aardmagnetisch veld en van Allen gordels.
• Buitenste van Allen gordels electronen en binnenste protonen die
zijn ingevangen door magnetische veldlijnen.
• Deeltjes die niet door aardmagnetisch veld worden afgebogen
worden afgevangen door van Allen gordels (electronische spiegel)
• Veldlijnen zijn resultante van aardmagnetische veldlijnen en
veldlijnen veroorzaakt door zonnewind (ook geladen deeltjes)
Terug naar het begin
PAUZE
Terug naar het begin
Kosmische achtergrondstraling
  George Gamov 1948: ‘Als er een oerknal was, dan moet het licht daarvan nog
aanwezig zijn’
  Deze uitspraak vergeten totdat in 1965 Penzias en Wilson bij toeval de kosmische
achtergrondstaling vonden
  Penzias en Wilson kregen hiervoor in 1978 de Nobel prijs voor de natuurkunde
Terug naar het begin
Kosmische achtergrondstraling
  Recente nauwkeurige metingen tonen dat intensiteit
kosmische achtergrondstraling toch niet geheel identiek is in
alle richtingen..
  Verschillen in intensiteit achtergrondstraling (van maximaal
0,001%!) tonen verschillen in massaverdeling.
  Door gravitatie en uitdijing heelal leiden deze verschillen na 1
miljard jaar tot vorming van clusters van sterrenstelsels.
Terug naar het begin
Kosmische achtergrondstraling
 
SINDS GISTEREN (Planck satelliet)
 
3x hogere resolutie en 10x gevoeliger dan WMAP
 
Eerste conclusies:
 
 
 
 
Zichtbare materie 4,9% (4%), donkere materie 26,8% (24,6%) en donkere energie 68,3% (71,4)
Leeftijd heelal 13,82 miljard jaar (was 13,72)
Hubble constante 67,15 km/sec/megaparsec (was 71)
Heelal is vlak
Terug naar het begin
Kosmische achtergrondstraling
  Waar komt Kosmische achtergrond straling
vandaan?
  Kosmische achtergrondstraling zijn de fotonen die
zijn overgebleven van het moment dat het heelal
doorzichtig werd.
  Tot 380.000 jaar na de oerknal bewegen de elektronen
vrij. De fotonen worden sterk verstrooid. HET
ONDOORZICHTIG.
HEELAL IS
  380.000 jaar na de oerknal vangen Waterstof- en
Heliumkernen de losse elektronen. Er zijn geen losse
elektronen meer. HET HEELAL WORDT TRANSPARANT.
Terug naar het begin
Oerknal
  In 1916 publiceerde Albert Einstein zijn algemene relativiteits
theorie.
  Toevoegen van gravitatie aan zijn eerder gepubliceerde speciale
relativiteitstheorie
  Doordat toe de heersende opvatting was dat heelal statisch was
voegde hij aan zijn vergelijkingen een kosmologische constante toe
die hij 10 jaar later zijn grootste fout zou noemen.
  Deze constante bood in zijn vergelijkingen een afstotende kracht als
tegenwicht aan de gravitatiekracht.
  Nu blijkt de kosmologische contante de in 1998 ontdekte Donkere
Energie precies te beschrijven.
  Niet alleen massa en onderlinge afstand dragen bij aan de
gravitatiekracht maar ook energie en druk
  Positieve druk draagt bij aan gravitatie maar negatieve druk (naar
buiten gericht) werkt omgekeerd en leidt tot een afstotende kracht.
  Als druk negatief genoeg is wint de afstotende kracht het van de
aantrekkende kracht
Terug naar het begin
Oerknal
  In 1927 ontdekte Hubble dat alle sterrenstelsels zich van
elkaar verwijderen
  In 1930 leidde de Belgische priester Georges Lemaître uit
Einsteins vergelijkingen af dat het heelal expandeert en dat er
een oerknal moet zijn geweest
  Einstein: “Your math is correct but your physics is abominable”
  Door de bevindingen van Lemaître en Hubble te combineren
kon men uitrekenen dat het heelal 1,5 miljard jaar oud moest
zijn.
  Er waren toen op aarde al steensoorten gevonden die 3 miljard jaar
oud waren
  Er bleek een structurele fout in de afstandmetingen te zitten. Met
nauwkeurige afstanden kan de leeftijd van het heelal op 13,72 jaar
bepaald worden
Terug naar het begin
De oerknal
Melkwegstelsel
Corona Borealis
Afstand
1,1 miljard lichtjaar
22000 km/sec
Oerknal: 1,1 miljard lichtjaar : 22000km/sec = 13,7 miljard jaar!
Terug naar het begin
Oerknal
 
In 1979 ontdekte Alan Guth dat de energie van een supergekoeld Higgsveld
(Die niet nul is) een effect zal hebben op de uitdijing van het heelal.
 
Een Higgs-veld gevangen op een plateau vult ruimte niet alleen met energie
maar levert ook een uniforme negatieve druk en dezelfde eigenschappen
heeft als de Kosmologische constante!
 
Quantum processen kunnen sprongen van de waarde van het Higgs-veld
veroorzaken en bij voldoende grote sprong zal deze veldwaarde van het
plateau werpen waardoor energie en druk tot nul kunnen dalen. Dit kan in
10-35 seconde gebeuren.
 
De kosmologische constante die hierbij hoort bleek 10100 keer groter dan
dat Einstein had gekozen voor een statisch heelal.
 
HIERMEE WAS DE KNAL VAN DE OERKNALTHEORIE GEVONDEN!!
  In het begin met grote dichtheid werd energie bevat in een Higgs-veld
(ook wel inflatonveld genoemd).op een waarde ver van laagste punt van
de potentiële energiekom.
 
Negatieve druk deed heelal opzwellen (van omvang DNA molecuul tot
omvang melkweg) in 10-18 seconde
 
10-35 seconde na uitbarsting gleed inflatonveld van hoge energieplateau
overal in de ruimte naar nul niveau voor de potentiële energie, daar werd
de afstotende kracht uitgeschakeld
 
Tijdens het afglijden gaf inflatonveld de ingesloten energie af aan
productie van materiedeeltjes en straling die de ruimte uniform vulden.
 
Het veld zelf zal nooit zijn 0 waarde bereiken (midden grafiek) omdat er
dan weer energie bij moet. Er zal dus altijd een Higgsveld zijn die de
materiedeeltjes hun massatraagheid geeft.
Terug naar het begin
vorming van materie
 
Tijdens de inflatie bleef de energiedichtheid van het snel expanderende heelal gelijk oftewel de totale energie
nam recht evenredig toe met het volume van de ruimte.
  Tijdens inflatie nam ruimte toe met een factor 1030 oftewel de inhoud van het volume met (1030)3=1090.
  De energie van het inflatonveld nam dus met dezelfde factor toe.
 
Een klompje van 10-26cm en slechts 10kg zou door de inflatoire opzwelling voldoende energie krijgen om alles wat we in
het heelal waarnemen te verklaren!
 
Na de inflatie werd energie omgezet in materiedeeltjes.
 
Door uitdijende heelal en de daardoor resulterende afkoeling werden straling en schommelingen van het
inflatonveld minder en minder. 10-11 seconde na de oerknal was heelal afgekoeld tot 1015 graden en bereikte
Higgsveld een constante niet-nulwaarde en konden deeltjes hun massatraagheid krijgen. 1 seconde na de oerknal
werden de subatomaire deeltjes gevormd en na 3 minuten de neutronen en protonen.
 
Na verdere afkoeling tot 10 miljard graden begonnen kernfusie processen en werden naast Waterstof kernen ook
Deuterium, Lithium en Helium kernen gevormd
  Omdat wij daarvan precies de verhouding kennen weten wij hoe lang uitdijing en afkoeling tot 15 miljoen graden
en dus de kernfusie heeft plaatsgevonden kan dus precies uitgerekend worden hoeveel protonen en neutronen zijn
gevormd. Mede daarom weten wij dat donkere materie niet uit ons bekende deeltjes kan bestaan.
 
Na 380.000 jaar bereikte het heelal een temperatuur van 3000 graden en werden de elektronen ingevangen.
Hierdoor konden dus atomen worden gevormd en werd het heelal transparant (fotonen konden vrij reizen) Dit
resulteerden in de kosmische achtergrond straling
 
Omdat de afstotende kracht was afgenomen kreeg gravitatie de overhand. Hierdoor ging materie clusteren,
ontstonden sterren en al na 1 miljard jaar de eerste sterrenstelsels
Terug naar het begin
De oerknal
Terug naar het begin
vorming van de ruimte
  Materie/energie
dichtheid bepalen vorm
ruimte
  Kritische dichtheid (5
H-atomen per m3):
vlakke ruimte
  Meer materie:
positieve kromming
(bol)
  Minder materie:
negatieve kromming
(zadel)
• Voor een vlak heelal moet in begin hoeveelheid materie precies gelijk zijn
aan kritische dichtheid.
• Als in begin KD 99,99% bedroeg was vandaag dichtheid
0,000000000001xKD. Dit is nu zeker niet het geval!!
• Vanuit theorie is heelal dus vlak. Dit komt overeen met waarnemingen
Terug naar het begin
vorming van de ruimte
  Toch blijkt alle materie in het heelal slechts 5% van de totaal
benodigde KD te zijn. Geen verschil van duizenden en duizenden
maar slechts een factor 20.
  Uit bewegingen van sterren in andere sterrenstelsels bleek dat er
veel meer materie moet zijn dan de zichtbare materie. Dit wordt
donkere materie genoemd en zorgt voor 25% van de KD
  In 1998 werd ontdekt dat de expansie van het heelal versnelt.
Hiervoor is een hoeveelheid energie benodigd die precies
overeenkomt met de ontbrekende 70% van de KD waarnaar al jaren
werd gezocht! Deze energie wordt ook wel donkere energie genoemd
en gedraagt zich als Einsteins komologische constante.
  Een kosmologische constante die 70% van de KD bedraagt is samen
met de 25% van donkere materie en 5% van zichtbare materie
precies de 100% van de massa/energie die de inflatiekosmologie
had voorspeld
Terug naar het begin
Kosmische achtergrondstraling
Terug naar het begin
Expansie van het heelal
Hubble observaties:
In het vroege heelal
domineerde gravitatie en
vertraagde de door de
Big Bang veroorzaakte
expansie.
Sinds 7,5 miljard jaar
expandeert het heelal
versneld (donkere
energie). Deze expansie
gaat zelfs sneller dan de
lichtsnelheid
Terug naar het begin
Expansie van het heelal
  Speciale relativiteitstheorie van Einstein:
  De lichtsnelheid is de maximale snelheid in het heelal
  Deze beperking geldt voor het reizen door de ruimte-tijd
  Een expansie sneller dan de lichtsnelheid is niet
strijdig met Einstein.
  Het gaat niet om het reizen door de ruimte-tijd maar om
de ruimte-tijd die zelf expandeert. Deze expansie geldt
alleen op intergalactische schaal.
  Expansie heelal heeft geen invloed op de baan van de
aarde om de zon.
  NIET DE STERRENSTELSELS BEWEGEN VAN ELKAAR
MAAR DE RUIMTE EXPANDEERT!!!
Terug naar het begin
Expansie van het heelal
  De snelheid van de uitbreiding heelal :
  7,5 miljoen jaar geleden versnelde de expansie
aanzienlijk (buigpunt in grafiek)
  Verste geobserveerde supernova toont dat na een
vertragende expansie de expansie juist was versneld
Terug naar het begin
Kosmische achtergrondstraling
Temperatuurverschillen 380.000 jaar na de oerknal
Gravitatie maar iets dichtere gebieden worden nog dichter en ijlere gebieden worden nog ijler.
Dit worden de ‘Dark Ages’ genoemd
Door gravitatie gas zodanig gecomprimeerd dat kernfusie begint. De eerste sterren geven
licht (400 miljoen jaar jaar na oerknal).
Meer en meer sterren worden gevormd en groeperen zich rond concentraties donkere materie
in een kosmisch web
Heden: honderden miljarden sterrenstelsels vullen het heelal. Computersimulaties van
materieverdeling op basis van de kosmische achtergrondstraling onder invloed van gravitatie
en uitdijing heelal resulteert in wat wij nu waarnemen!
Terug naar begin
Deze foto (Subaru telescoop
Japan) toont in 2009 ontdekte
structuur van clusters van
sterrenstelsels op 6,7 miljard
lichtjaar afstand. Deze
structuur gaf verder inzicht in
het kosmisch web en over hoe
het is ontstaan
Terug naar begin
Hier zijn de sterrenstelsels
die behoren bij de nieuw
ontdekte structuur op 6,7
miljard jaar rood gekleurd. De
sterrenstelsels die dichterbij
of verder weg staan zijn
blauw getekend. De witte
sterren zijn uit ons
melkwegstelsel
Terug naar begin
Deze 3D illustratie toont de positie van de nieuw ontdekte
structuur van sterrenstelsels in perspectief t.o.v. andere stelsels.
Duidelijk is te zien dat materie samenklontert in een kosmisch
web dat een gigantische draadachtige structuur creëert waarbij
onze melkweg volledig in het niet valt.
Terug naar begin
Ondanks de expansie
van het heelal worden
sterrenstelsels door
gravitatie tot elkaar
aangetrokken. Soms
leidt dit tot botsingen
waarbij de stelsels eerst
om elkaar heen ‘dansen’
om vervolgens een
nieuw stelsel te vormen
met een
gemeenschappelijk
zwart gat als kern.
Terug naar het begin
Expansie van het heelal
  De ruimte is veel sneller geëxpandeerd dan de
lichtsnelheid.
  Het heelal is dus veel groter dan we ooit zullen
kunnen waarnemen!
  Het verste sterrenstelsel ooit waargenomen staat op
13 miljard lichtjaar (dus vlak na de oerknal) maar
deze afstand is dus slechts een klein stukje van het
heelal!
Terug naar het begin
Toekomst van het heelal
  De in 1998 gemeten versnelde expansie van het
heelal betekent dat de uitdijing (veroorzaakt door
‘donkere energie’) het wint van aantrekking (door
gravitatiekracht)
  Hoe groter de ruimte hoe groter de ‘donkere energie’
  Uitdijing heelal zal dus nog verder versnellen.
  Over miljarden jaren zullen er dus veel minder
sterrenstelsels aan het firmament staan.
  Uiteindelijk zal alles uit elkaar gerukt worden, zelfs de
atomen.
  We eindigen in een leeg en koud heelal.
Terug naar het begin
 Dit is terug van het
begin.
 Heeft u nog vragen?