Artikel 10 Afstand tot zwart gat gemeten

Algemene Natuurwetenschappen
Door: Lars Koopman, Thomas Dreessen, Yang Chiang en Thom Baartmans
Thema: Heelal
Docent: dhr. ing. F.J.G. Neiss
Datum: 13 – 6 – 13
Inleiding
Het heelal is ontstaan door een grote oerknal. Voor de oerknal was er niks. De knal vond ongeveer
vijftien miljard jaar geleden plaats. Tenminste dit zeggen de wetenschappers. Echter wij zijn van
mening dat dit niet het geval is. Wij hebben twee theorieën bedacht met ons groepje. Een van
daarvan zal een kern van waarheid in schuilen en de andere is zeer onwaarschijnlijk opgebouwd.
Eerst de theorie met een kern van waarheid. Deze noemen wij de “Oerbounce”. De theorie is
gebaseerd op de rare afwijking in de oorspronkelijke oerknaltheorie, dat voor de oerknal helemaal
niks was. De theorie luid: “Het heelal is een elastisch werkend systeem, dat zich steeds verder zal
uitrekken tot het zijn maximale elastische kracht heeft bereikt. Op dat moment schiet het heelal in
elkaar met een ongelofelijk grote massa in een zo’n klein mogelijk volume, waarna het weer
explodeert. Met andere woorden “de oerknal” heeft opnieuw plaatsgevonden.” Tevens hebben wij
nog een theorie bedacht. We moeten er wel even bij vertellen dat het een beetje “out-of-the-box” is.
De theorie luid als volgt. Het begon allemaal met niets, behalve in de echte wereld. Daar zat een
twaalf jarig jongetje te spelen met zijn nieuwe pc. Hij heeft net de nieuwste Sims gekocht. Dit is een
soort game waarbij je mensen in het echte leven speelt. Zodra hij de eerste wereld opstart waren wij
er in eens. De eerste mensen Adam en Eva. Het jongetje besluit in tegenstelling tot zijn vrienden om
het spel niet te controleren, maar te beïnvloeden. Met andere woorden laat hij de mensen zelf hun
keuzes maken. Het enige wat hij doet is af en toe iemand tot kwaad aan zetten of een natuurramp
creëren. Zoiets als: “Wat zal de mens doen als er een vloedgolf komt?”. En toen was er plotseling uit
het niets een vloedgolf. De mens besluit uiteraard zichzelf te redden. Zo egoïstisch zijn ze natuurlijk
wel. Dus hij laat ze weer een paar jaartjes zijn gang gaan. Dit zijn voor de jongen natuurlijk maar een
paar minuten. Uiteindelijk komen we bij de plek aan dat hij besluit dat het genoeg is met
holbewoners. Hij veranderd een stukje code, waardoor iemand verschijnt die huizen en landbouw
uitvindt. Maar dan gebeurd er iets interessants. De eerste oorlog. Hij vindt dit wel interessant en laat
het dus ook tot ver in de Middeleeuwen duren. Er is altijd wel ergens oorlog. Daarna komt de
wetenschap in opkomst. De mens begint zich nu pas echt te ontwikkelen. Ze ontdekken het feit dat
voor elke natuurwet een formule bestaat. Dit is overigens ook bewijs dat het een computer
programma is waaruit ook alles uit formules en een code bestaat. Vanaf dit punt in de geschiedenis
komen er meer mensen, meer technologie en houdt de jongen het allemaal niet meer bij. Hij besluit
dus om zijn computer aan te laten staan en drinken te gaan halen tegen de hoofdpijn(het was een
warme stressvolle dag). Het moment dat hij terug komt is nog niet gearriveerd in onze wereld. De
mens heeft zelf initiatief getoond en zelf dingen uitgevonden. Hier eindigt de theorie, want de jongen
is nog niet terug van zijn drinken halen. We weten nog niet wat er verder gaat gebeuren. Dit blijft
een raadsel? Wat wij probeerde duidelijk te maken met deze theorieën dat je niet met de volle 100%
kunt bewijzen dat het heelal is ontstaan d.m.v. de oerknal.
Probleemstelling:
Hoe meet je afstanden zonder meetlat
2
Artikel 2 Afstand van sterren
Bronnenboom
Artikel 1 Maanparallax gemeten
Artikel 3 Afstanden in het heelal
Artikel 4 De Parallax-Methode
Artikel 5 Afstand houden: ‘ik kan je
huig zien’
Artikel 6 Het heelal: afstand en
inhoud
Artikel 7: Kosmische kaarsen
werpen een nieuw licht op de
grootte van het heelal
Artikel 8 Hoe worden afstanden in
het heelal gemeten?
Artikel 9 : Afstanden meten (2)
Artikel 10 Afstand tot zwart gat
gemeten
3
Artikel 1: Maanparallax gemeten
Samenvatting
Met je linkeroog zie je een voorwerp tegen een nét met een iets andere achtergrond dan met je
rechteroog. Dat komt doordat je ogen niet op dezelfde plek staan. Sterrenkundigen gebruiken dit
verschijnsel, de parallax ook om afstanden in het heelal te meten.
Sterrenkundigen gebruiken de parallax-methode om de afstand tot dichtstbijzijnde sterren te meten.
Bij te grote afstanden is de parallaxhoek te klein om fatsoenlijk te meten; dan worden andere
methoden ingeschakeld om de afstand te meten.
4
Artikel 2: Afstand van sterren 1.1 en 1.3
Samenvatting
De uitvinder van het heliocentrisch model was Nicolaus Copernicus. Hij ontdekte dat de aarde niet in
het middelpunt stond van het heelal, maar de zon. Dus het wereldbeeld veranderde van een
geocentrisch beeld naar een heliocentrisch.
Deze theorie is wel in tegenstelling met het feit dat de sterren stilstaan. Dit verschijnsel word het
parallax of verschilzicht genoemd.
De redenering van Tycho was erg helder en eenvoudig:
1. Als de aarde een cirkel beschrijft ten opzichte van de stilstaande zon en sterren, dan moeten
de sterren schijnbare cirkelbewegingen maken.
2. Sterren maken geen schijnbare cirkelbewegingen, maar staan stil.
3. Dus: de aarde beschrijft geen cirkels.
De aarde beweegt in een nagenoeg perfecte cirkelbaan om de zon. We noemen de parallax van de
ster: de helft van de schijnbare lengte van die lange as, uitgedrukt in boogseconden. Er bestaat een
rechtstreeks verband tussen de parallax van een ster en haar afstand tot het zonnestelsel: hoe verder
de ster verwijderd is, hoe kleiner haar parallax; en hoe dichterbij de ster, hoe groter haar parallax.
5
Artikel 3: Afstanden in het heelal
Samenvatting
Astronomen kunnen de afstand van hier tot een planeet niet bepalen d.m.v. van er naar toe te
vliegen met een meetlat. De meeste directe methoden om afstanden te meten werken alleen in ons
eigen zonnestelsel en z’n directe omgeving. Naar mate de mens zich ontwikkelde zijn er diverse
methoden uitgevonden om zo’n enorme afstanden te bepalen.
De eerste, grove afstandsbepalingen leidden ni 1922 tot de ontdekking dat het heelal wordt
genoemd. Met behulp van de nieuwe kennis en formules weten we nu dat de expansie van het
heelal ongeveer 15 miljard jaar geleden is begonnen met de Oerknal, en nooit meer zal stoppen.
Tenzij we gelijk hebben met onze “bouncetheorie”.
De Astronomische Eenheid (AE), het lichtjaar (lj) en de parallelseconde (parsec) zijn belangrijke
afstandseenheden in het heelal. Zij spelen allemaal een rol in de diverse meetlatten.
6
Artikel 4: De Parallax-Methode
Samenvatting
De zon en de aarde staan ongeveer 150 miljoen kilometer uit elkaar. Als je aan de andere kant van de
zon wilt komen is dit uiteraard 300 miljoen kilometer. Dichtbij staande sterren (objecten) zullen meer
bewegen, in je zicht, dan de sterren die verder weg staan. Parallax is niets anders dan de hoek tussen
de twee observatiepunten die naar het object kijken.
De rest van dit artikel is verder niet interessant, omdat dit alleen over berekeningen gaat. Dit artikel
is dus niet interessant genoeg voor ons om hierop door te gaan.
7
Artikel 5: Afstand houden: ‘ik kan je huig zien’
Samenvatting
In non-verbale communicatie zijn afstand en gebied belangrijke factoren en ook eenvoudig te meten.
Om het ons gemakkelijk te maken is er ooit een verdeling gemaakt van onderlinge afstanden, die nog
van toepassing zijn. Volgens deze indeling zijn er grofweg vier belangrijke afstanden die wij mensen
in acht nemen: de zogeheten ‘zones’. De zones kunnen enigszins afwijken per land, cultuur, etc.
(noorderlingen bewaren bijvoorbeeld meestal iets meer onderlinge afstand dan zuiderlingen), maar
in het algemeen gelden deze afstanden vrij nauwkeurig.
De vier belangrijkste zones volgens de indeling die toentertijd is gemaakt, zijn:
- de publieke zone
- de sociale zone
- de persoonlijke zone
- de intieme zone
Mensen hebben geen meetlat nodig om te zien waar de ene zone begint en de andere ophoudt.
8
Artikel 6: Het heelal: inhoud en afstanden
Samenvatting
Lichtjaar, symbool ly, is een lengtemaat die wordt gebruikt in de astronomie. Het is de afstand die
licht aflegt in één jaar: ongeveer 9,46 × 1012 kilometer (9,46 petameter). Eenheden van het lichtjaar
zijn de lichtminuut en lichtseconde. Een lichtminuut is gelijk aan 17.987.547.480 m
Met behulp van de lichtsnelheid, 300.000 km/s, kun je uitrekenen hoelang licht erover doet om van
de ene plaats naar de andere plaats te komen. Om een beeld te vormen van de snelheid van het
licht, moet je nagaan dat licht in één seconde ongeveer 7,5 keer rond de evenaar kan gaan.
9
Artikel 7: Kosmische kaarsen werpen een nieuw licht op de grootte
van het heelal
Samenvatting
De afstand tot de Grote Magelhaense Wolk is bepaald door naar sterren te kijken die om elkaar heen
draaien. We noemen dit ‘dubbelsterren.
Vanaf de aarde zien we regelmatig een van de sterren voor de ander langs bewegen. Elke keer dat dit
gebeurt neemt de totale hoeveelheid licht van de dubbelster af. Door deze veranderingen in de
helderheid nauwkeurig in de gaten te houden, kunnen astronomen van alles te weten komen: de
grootte van de sterren, uit hoeveel materiaal ze bestaan en zelfs hoe ver ze van de aarde af staan.
m de grootte van het heelal te meten gebruiken astronomen ‘standaardkaarsen’. Dit zijn sterren
waarvan de helderheid bekend is. Als we de afstand tot de standaardkaarsen in onze nabije
omgeving weten – bijvoorbeeld in de Grote Magelhaense Wolk – dan kunnen we de afstand bepalen
tot de verder weg gelegen standaardkaarsen. Dit is mogelijk omdat verder weg gelegen objecten
minder helder lijken.
10
Artikel 8: Hoe worden afstanden in het heelal gemeten?
Samenvatting
Voor verder weg gelegen sterren en sterrenhopen wordt een indirecte methode gebruikt. Je
onderzoekt het licht en de samenstelling van de ster zo nauwkeurig mogelijk. Daaruit krijg je een
goed beeld van de ware aard van de ster, en weet je bij benadering hoeveel licht hij uitstraalt. Door
die lichtkracht te vergelijken met de waargenomen helderheid van de ster is de afstand te
berekenen, maar nooit erg nauwkeurig.
Voor verder weg gelegen sterrenstelsels wordt gebruik gemaakt van zogeheten 'standaardkaarsen':
objecten waarvan bekend is dat ze altijd dezelfde lichtkracht hebben. Een voorbeeld van zo'n
'standaardkaars' is een Type Ia-supernova. Dat is een witte dwergster die (bijvoorbeeld door
materieoverdracht van een begeleider) zwaarder wordt dan een bepaalde kritische massa, en dan op
catastrofale wijze explodeert. Type Ia-supernova's hebben altijd dezelfde intrinsieke lichtkracht, dus
als er in een ver sterrenstelsel zo'n supernova wordt waargenomen, hoef je alleen maar de
schijnbare maximum helderheid van de explosie op te meten om vervolgens de afstand uit te kunnen
rekenen.
11
Artikel 9: Afstanden meten (2)
Samenvatting
Hoe meten we de afstand van sterren als de parallex methode niet werkt? Bijna
alle sterren lijken ontzettend veel op elkaar. Dit geld voor sterren die in de
periode na hun ontstaan en voor hun uitsterven zijn. Dit zijn
hoofdreekssterren. Het mooie is nu dat de helderheid en temperatuur van deze
sterren heel nauw aan elkaar gerelateerd zijn. Hier is een diagram van gemaakt
door de ontdekkers Hertzsprong en Russel.
Om nu de afstand te meten moet je eerst de temperatuur weten. Aan de hand
daarvan bepaal je via het Hertzprong-Russel diagram de absolute helderheid.
En dan meet je de relatieve helderheid. Combineer de absolute en relatieve
helderheid en je hebt de afstand.
Er is wel een probleem. Deze methode is alleen toe te passen bij
hoofdreekssterren. Om te bepalen of een ster een hoofdreeksster is moeten er
weer metingen worden gedaan. Deze meting wordt verricht door middel van
een kleurenspectrum.
12
Artikel 10: Afstand tot zwart gat gemeten
Samenvatting
Afstand tot zwart gat gemeten
Astronomen hebben voor het eerst nauwkeurig de afstand tot een zwart gat
gemeten. Zwarte gaten zijn gebieden in de ruimte waarin de zwaartekracht zo
sterk is dat niets eruit kan ontsnappen.
Hoe bepalen astronomen nou de afstand tot een zwart gat? Door de straling waar
te nemen die uit de directe omgeving van sommige zwarte gaten komt. Dit is
bijvoorbeeld een ster. Deze staat op zo’n korte afstand van het zwarte gat dat er
gas uit wordt weggezogen. Het gas hoop zich dan eerst op in een schijf van
rondwervelend plasma voordat het in het zwart gat verdwijnt. In dit proces
wordt straling uitgezonden. In het meetproces wordt er ook gebruik gemaakt van
de Parallax methode.
13
Schema Artikelen
Artikel 1
Artikel 2
Artikel 3
Artikel 4
Artikel 5
Artikel 6
Artikel 7
Artikel 8
Artikel 9
Artikel 10
Maanparallax gemeten
Afstand van sterren 1.1 en 1.3
Afstanden in het heelal
De Parallax-Methode
Afstand houden: ‘ik kan je huig zien’
Het heelal: inhoud en afstanden
Kosmische kaarsen werpen een nieuw
licht op de grootte van het heelal
Hoe worden afstanden in het heelal
gemeten?
Afstanden meten (2)
Afstand tot zwart gat gemeten
14
Stappenplan(“door elke idioot uit te voeren”)
1. Ga naar de plek (de basketbalpaal, gebouw 32) en ga op een zelf gekozen plek staan (niet
verder dan 10 meter weg)
2. Pak de stok van een meter.
3. Leg deze stok zo neer dat aan het andere eind een lid uit je groep even ver van basketbalpaal
afstaat.
4. Kijk allebei naar het voorwerp waarvan je de afstand wilt weten.
5. De andere twee groepsleden nemen de stok mee.
6. Een persoon gaat op één meter van de paal staan, dus precies tussen S en T, en de ander
loopt zo dat hij niet gezien wordt door P, omdat het voorwerp in de weg staat. Dus hij loopt
naar S. De persoon op S meet met behulp van een gradenboog de hoek tussen R en het
middelpunt.
7. Persoon in het middelpunt pakt de GR en berekent 1 gedeeld door de Sinus(graden van hoek
RST) met andere woorden de afstand SR.
8. Nu ST. Pythagoras komt eraan! SR2-12=S-middelpunt2
Trek de wortel van het antwoord. Dit antwoord is dus de afstand tussen S en het middelpunt.
Doe dit keer 2 voor ST.
ST gedeeld door 1 is de vergrotingsfactor.
Doe dan RS gedeeld door de vergrotingsfactor voor PR. De afstand die je wou weten.
Stel dus de personen P en Q kijken naar punt R. PQ is in dit geval dus 1 meter. P ziet S niet en Q
ziet T niet. R (voorwerp) staat namelijk in de weg. De afstand tussen T – S meten jullie d.m.v.
Pythagoras. En PR dan vervolgens met de gelijkvormigheid van de driehoeken.
15
Materialenlijst
 Voorwerp van precies 1 meter
 Gradenboog
 Grafische rekenmachine
16
Bronvermelding
Bron 1
Gieljan, V. de. (2004). Maanparallex gemeten.
Geraadpleegd op 30 mei 2013, van http://www.kennislink.nl/publicaties/maanparallaxgemeten
Bron 2
Afstand van sterren. Geraadpleegd op 28 mei 2013, van
http://www.ster.be/urania/parallax.html
Bron 3
Jaspers, A. (2004). Afstanden in het heelal.
Geraadpleegd op 1 juni 2013, van http://www.kennislink.nl/publicaties/dossier-afstanden-inhet-heelal
Bron 4
Hoe worden de afstanden tot sterren bepaald? Geraadpleegd op 1 juni 2013, van
http://hemel.waarnemen.com/FAQ/Sterren/003.html#parallax
Bron 5
Afstand houden: ‘ik kan je huig zien’. (2011). Geraadpleegd op 1 juni 2013, van
http://www.adviesdigitaal.nl/tag/afstand/
Bron 6
Afstanden meten (2). Geraadpleegd op 2 juni 2013, van
http://www.heel.al/post/afstanden_meten_spectrum/7
Bron 7
Beekman, G. (2009). Afstand tot zwart gat gemeten.
Geraadpleegd op 2 juni 2013, van
http://vorige.nrc.nl/wetenschap/article2424937.ece/Afstand_tot_zwart_gat_gemeten
Bron 8
Kosmische kaarsen werpen een nieuw licht op de grootte van het heelal. (2013).
Geraadpleegd op 4 juni 2013, van http://www.unawe.org/kids/unawe1316/nl/
Bron 9
Schilling, G. (2013). Hoe worden afstanden in het heelal gemeten? Geraadpleegd op 4 juni
2013, van
http://www.allesoversterrenkunde.nl/#!/sterrenkunde/vraag-en-antwoord/_detail/gli/hoe-wordenafstanden-in-het-heelal-gemeten/
Bron 10
Het heelal: inhoud en afstanden. (2008). Geraadpleegd op 4 juni 2013, van
http://wetenschap.infonu.nl/sterrenkunde/26704-het-heelal-inhoud-en-afstanden.html
17