Kosmische raadselen. Edwin Mathlener. Laatste les Cursus Sterrenkunde 20 december 2018

Transcriptie

1 Kosmische raadselen Edwin Mathlener Laatste les Cursus Sterrenkunde 20 december 2018

2 Kosmische raadselen Sterren - een terugblik en vervolg Witte dwerg - Supernova - Neutronenster - Pulsar Zwart gat Zijn er ook witte gaten? En wormgaten? (Yvette Bieckmann) Massa heelal? Donkere materie en donkere energie Denken sterrenkundigen dat er nog meer heelallen zijn? (Yvette Bieckmann) Hoe zeker kunnen we zijn dat we nu alles bij het juiste eind hebben? (Jurgen van der Hulst) Waarom besteden we zoveel geld en middelen naar de zoektocht naar leven? (Jurgen van der Hulst) Kun je aangeven waar we nu staan mbt de Milankovic cyclus? (Martijn van Gelderen) Invloed grote planeten op zonnecyclus (Martijn van Gelderen) Carrington-event en effecten van andere sterren (Martijn van Gelderen) Hebben meteoren en planetoïden een voorkeursrichting? (Martijn van Gelderen) Variaties in de hoeveelheid kosmische straling in de Melkweg? (Martijn van Gelderen) Effect planeetstanden op aardbevingen? (Martijn van Gelderen) AI in de sterrenkunde (Miriam van Gool) Teleportatie mogelijk? (Yvette Bieckmann) Bevat het universum informatie? (Yvette Bieckmann) Hoe verder met de hobby

3 Sterren - een terugblik Sterren zijn zonnen - de zon is een ster Sterren staan zeer ver weg en lijken daardoor maar puntjes Er zijn zeer veel verschillende soorten sterren maar deze zijn verbonden door de gemeenschappelijke evolutie-scenario s: de geboortemassa van een ster bepaalt zijn levensloop!

4 Lichte en zware sterren Licht tot ca. 8 zonsmassa Blaast buitenlagen geleidelijk weg: planetaire nevel Verrijkt interstallair gas met C, N, O Kern blijft achter als witte dwerg (lichter dan 1,4 zonsmassa) Zwaar boven 8 zonsmassa Eindigt als supernova!

5 Waterstof Helium Zuurstof, koolstof, stikstof

6 Rode reus: He-fusie in kern Asymptotische reus (AGB-ster): He-fusie in schil om koolstof kern

7 Lichtkracht AGB

8 Helixnevel

9 Katteoognevel (NGC 6543)

10 Vlindernevel (M2-9)

11 Ei-nevel (WFC3 (CRL 2688) zichtbaar licht en IR)

12 Witte dwerg Compacte ster: typisch ~ diameter aarde, ~ 1 zonsmassa Gedegenereerde (ontaarde) materie Snelbewegende elektronen leveren tegendruk tegen zwaartekracht Chandrasekhar limiet: 1,4 zonsmassa

13 Witte dwerg die te zwaar wordt explodeert als super kernbom Supernova Type Ia

14 Tycho, 1572 Chandra en Spitzer Hubble, WFPC2

15

16

17 Supernova II (Ib, Ic) Vormt neutronenster of zwart gat Weggeblazen buitenlagen rijk aan zware elementen Nog zwaardere elementen worden gevormd tijdens explosie door invang van neutronen Alle zwaardere elementen zijn ooit gevormd in sterren Wij bestaan uit sterrenstof!

18 2004 SN 1987A

19 SN 1987A

20 SN 1987A

21

22 Neutronenster Bol neutronen met een doorsnede van ca. 20 km en een massa van 1 à 2 zonsmassa s Bijeengehouden door kernkrachten: feitelijk één reusachtige atoomkern Wordt de ster te zwaar, dan kunnen ook de kernkrachten de zwaartekracht niet weerstaan (vgl. Chandrasekhar bij witte dwergen)

23 Supernova 1054

24 Pulsars PSR B s = 1,4 x per seconde Vela Pulsar 89 ms = 11 x per seconde Krab Pulsar 30 x per seconde PSR J x per seconde

25 Pulsars PSR B s = 1,4 x per seconde Vela Pulsar 89 ms = 11 x per seconde Krab Pulsar 30 x per seconde PSR J x per seconde

26 Pulsars PSR B s = 1,4 x per seconde Vela Pulsar 89 ms = 11 x per seconde Krab Pulsar 30 x per seconde PSR J x per seconde

27 Pulsars PSR B s = 1,4 x per seconde Vela Pulsar 89 ms = 11 x per seconde Krab Pulsar 30 x per seconde PSR J x per seconde

28 Pulsars PSR B s = 1,4 x per seconde Vela Pulsar 89 ms = 11 x per seconde Krab Pulsar 30 x per seconde PSR J x per seconde

29 Grote dichtheden! Witte dwerg: ton per cm 3 De elektronenwolken van de atomen bestaan niet meer en het plasma (mengsel kernen en elektronen) is sterk samengedrukt. De afstotende kracht tussen elektronen geven de tegendruk. Neutronenster: 4 x 10 8 ton/cm 3 Alleen kerndeeltjes dicht op elkaar met nucleaire dichtheid. Kernkrachten tussen neutronen geven de tegendruk. Atomen zijn grotendeels leeg. Die ruimte kan eruit!

30 Zwart gat (stellair) Ontstaat vermoedelijk als ster te zwaar is om als neutronenster te eindigen Zwaartekracht balt materie samen tot singulariteit : punt met oneindig hoge dichtheid ZG wordt begrensd door waarnemingshorizon: kom je binnen die horizon, dan is er geen ontsnapping meer mogelijk Ook licht kan er niet uit, vandaar de naam

31 Hoe zien we zwarte gaten? Door hun invloed op hun omgeving Bronnen van röntgenstraling door invangen van materie Massabepaling in dubbelsterren De sterke zwaartekracht van een zwart gat komt omdat ze zo compact zijn. Blijf je op voldoende afstand, dan is er niets aan de hand.

32 Cygnus-X1

33 Witte gaten? Wormgaten! Blijft materie die in ZG valt in dat gat zitten? Komt dat er elders niet uit als wit gat? Idee was populair in jaren '70. Mogelijke verklaring voor quasars. Nu verlaten. Wel speculaties over wormgaten een soort tunnels door de ruimtetijd, maar die zouden er aan beide zeiden uitzien als een soort zwart gat. Kleine verschillen in uiterlijk kunnen wormgat onderscheiden van zwartgat ( schaduwen in de accretieschijf)

34

35 Star Trek Deep Space 9

36 Interstellar

37 Galactische zwarte gaten Kernen van melkwegstelsels zijn vaak bronnen van intense straling Straling komt uit zeer klein gebied Snelheden van gas en sterren in directe omgeving erg hoog Conclusie: zwarte gaten van miljoenen zonsmassa s!

38

39

40

41 Massa heelal? 200 miljard zonsmassa s per sterrenstelsel 100 miljard sterrenstelsels in het zichtbare heelal Probleem: We weten niet hoe groot de rest van het heelal is Bovenstaande schatting gaat alleen over de zichtbare materie: 96% wordt vertegenwoordigd door donkere massa (23%) en donkere energie (73%)

42 Donkere materie? Dynamica sterrenstelsels en clusters donkere materie Rotatiekromme Melkweg Gravitatielenzen

43

44

45 Donkere materie Kandidaten: Zeer zwakke sterren Heet gas tussen de sterrenstelsels Donkere planeten in de lege ruimte Zwarte gaten MACHOs (massive galactic halo objects) Neutrino s met massa WIMPs (weakly interacting massive particles)

46 Donkere energie Heelal blijkt versneld uit te dijen! Ontdekt door Type 1a supernova s in verre sterrenstelsels, waardoor we afstanden konden meten Negatieve zwaartekracht? Werkt op grote afstanden Wordt steeds sterker? Of toch iets mis met die supernova s...

47

48 Samenstelling heelal nu

49 Samenstelling heelal nu??

50 Samenstelling heelal: jaar oud

51

52 Denken sterrenkundigen dat er nog meer heelallen zijn? We kunnen alleen ons eigen heelal zien. De rest is het domein voor theoretisch fysici. Maar als er andere heelallen zijn, kunnen deze het onze wellicht beïnvloeden. Dit is wellicht zichtbaar in de achtergrondstraling. Inflatie tijdens oerknal - ons zichtbare heelal is maar een klein stukje van het ware heelal, mogelijk met andere natuurwetten elders In een multiversum is onze oerknal wellicht niet de enige Volgens de veel werelden interpretatie van de quantum mechanica splitst het heelal bij iedere keuze die wordt gemaakt

53 Hoe zeker kunnen we zijn dat we nu alles bij het juiste eind hebben? Ik bedoel de Egyptenaren, de Romeinen en gelovigen met hun goden dachten het ook juist te hebben. De aarde was ooit plat (dachten we) etc. Kan het zijn dat al die miljoenen melkwegstelsels die we denken te zien niet bestaan en dit gewoon bijvoorbeeld gas is? Antwoord: De Egyptenaren en Romeinen e.d. gebruikten nog niet serieus de wetenschappelijke methode die wij nu hebben: meten, verklaring zoeken, theorie opzetten, voorspelling doen, deze weer toetsen met waarnemingen. Zie Great Debate in 1920 over de aard van melkwegstelsels. Werd beslecht door Edwin Hubble die sterren zag in sterrenstelsels en afstanden kon meten.

54 Waarom besteden we zoveel geld en middelen naar de zoektocht naar leven? We kunnen met de huidige techniek nog niet eens naar de eerstvolgende ster. Laat staan verder. Groene mannetjes gaan we niet vinden. Mijn idee is om deze onderzoeken pas te doen als de techniek er voor is om de theorie ook te bewijzen. Antwoord: Het karakter van de sterrenkunde is nu juist dat we van alles te weten kunnen komen over het heelal zonder ter plekke te hoeven meten. Daarom onderzoeken we nu atmosferen van exoplaneten op sporen van leven en zoeken we ook naar signalen van andere beschavingen, die net als wij radiosignalen de ruimte inzenden. Overigens ontvangt dat SETI-onderzoek nauwelijks overheidsfinanciering.

55 Waar staan we nu in de Milankovic cyclus? En wat betekent dat voor de aarde de komende 50 jaar? A: Milankovic beschreef relatie tussen ijstijden en variaties in stand aardas en aardbaan. Volgens deze theorie zouden we nu aan de vooravond van een nieuwe ijstijd moeten staan

56 Invloed grote planeten op zonnecyclus Recent onderzoek van prof Zharkova lijkt erop te wijzen dat de grote planeten van invloed zijn op de dynamo van de zon, en daardoor ook van invloed zijn op de zonneactiviteit. Deel je de verwachtingen dat de komende jaar de zon minder actief gaat zijn? En wat kan dat betekenen voor de aarde? Antwoord: Ik geloof niet echt in effect van planeten op de zon, maar er is een serieuze mogelijkheid op een langer zonneminimum zoals we eerder gezien hebben. Maar was dat inderdaad verantwoordelijk voor een kleine ijstijd? Het verschil in instraling op aarde is minimaal, maar mogelijk was er een lokaal effect in Noord-Amerika en NW-Europa, dat elders niet ervaren is.

57 Carrington-event en effecten van andere sterren In 1859 hadden we het Carrington event en in 2012 was er weer zo n magnetische storm, maar die miste de aarde. Kan de aarde ook (merkbaar) geraakt worden door een magnetische storm afkomstig van een ander hemellichaam dan onze zon? De Vela Supernova rond BC bijvoorbeeld, alleen zichtbaar (licht) of ook op een bepaalde andere manier merkbaar of van invloed op de aarde? Antwoord: Supernova's bestoken ons met intense straling (EM-puls, gamma-straling) en radioactieve deeltjes. Een nabije SN kan een schadelijke invloed hebben: aantasting ozonlaag, effect op ionosfeer, radioactiviteit in milieu.

58 Hebben meteoren en planetoïden een voorkeursrichting? Komen meteoren en/of planetoïden bij voorkeur uit een bepaalde richting/hoek, of kunnen die echt van alle kanten vandaan komen? Antwoord: De meeste planetoïden volgen de voorkeursrichting van het zonnestelsel en bewegen in het eclipticavlak. Kometen in excentrische banen doen dat niet per se. Meteorenzwermen zijn meest gerelateerd aan kometen, dus die deeltjes kunnen uit allerlei richtingen komen.

59 Variaties in de hoeveelheid kosmische straling in de Melkweg? Is er iets te zeggen over variaties in de hoeveelheid kosmische straling die de aarde bereikt in een compleet rondje Melkweg? Is bijv. te merken dat we door een spiraalarm bewegen en dan weer door een wat leger gedeelte? Antwoord: Ik denk het niet. De oorsprong van kosmische straling is verschillend, van nabije supernova's tot van buiten de melkweg voor de meest energierijke deeltjes. De invloed van SN kan dus variëren, maar die extragalactische component is veel meer een constante achtergrond. Ik denk niet dat dichtheidsvariaties van spiraalarmen daar veel invloed op hebben.

60 Effect planeetstanden op aardbevingen? De maan heeft een behoorlijk effect op de aarde door bijv de getijden. Klinkt het logisch dat de planeten/planeetstanden ook een effect kunnen hebben op de aarde, bijv op de hoeveelheid aardbevingen op aarde omdat de aardkorst meer of minder wordt beïnvloed? Antwoord: Ook het aardoppervlak kent getijden, net als de oceanen. Er wordt daarom gekeken naar een relatie tussen die getijden, veroorzaakt door zon en maan, en het 'triggeren' van aardbevingen. De invloed van de planeten is veel te klein om effect te hebben.

61 AI in de sterrenkunde Wat voor invloed gaat de (exponentiële) versnelling van Artificial Intelligence hebben? Wat zijn daarover de verwachtingen / scenario s die sterrenkundigen bespreken? Dan bedoel ik o.a. dat met steeds krachtiger computers en steeds betere camera s, er steeds sneller berekeningen en analyses kunnen worden uitgevoerd. Antwoord: Computers hebben een zeer grote invloed gehad op de sterrenkunde. Denk aan sterevolutiemodellen, steratmosfeermodellen, complexe baanberekeningen, simulaties van botsende sterrenstelsels en zelfs simulaties van de evolutie van het heelal zelf. AI is vooral inzetbaar bij patroonherkenning: automatisering van het herkennen van objecten, maar is nog betrekkelijk nieuw.

62 Teleportatie mogelijk? In hoeverre is teleportatie iets wat ooit echt zou kunnen? Antwoord: Door quantummechanische 'verstrengeling' kunnen natuurkundigen fotonen en toestanden van elementaire deeltjes 'teleporteren'. Maar dat is nog heel ver van het verplaatsen van complexe objecten. De Heisenbergonzekerheidsrelatie zegt dat we nooit plaats en snelheid van een deeltje tegelijk met hoge nauwkeurigheid kunnen weten. Dat is wel nodig voor teleportatie van complexe objecten. In Startrek lossen ze dat op met Heisenbergcompensators in de transporters :-) Klassieke grap: Hoe die werken? Erg goed, dank u.

63 Bevat het universum informatie? Antwoord: Volgens de informatietheorie is alles informatie. Dus ja, het universum bevat informatie. Volgens anderen is het universum informatie. Sommigen zien het heelal als een drie-dimensionale holografische projectie van informatie op een tweedimensionaal oppervlak. Zo worden zwarte gaten wel beschreven en dat passen ze dan toe op het heelal als geheel. Ik kan daar niet zo veel mee (lees: ik snap er geen hout van). Met dit soort beschouwingen kom je ook op het idee dat we wellicht in een gigantische simulatie leven

64 Hoe verder met hobby? Een eigen kijker? Boeken en tijdschriften: - Zenit - Sterren & Planeten - Sterrengids Veel actueel nieuws on-line: hubblesite.org -

65 Hoe verder met hobby? Verenigingen: KNVWS - afdelingen, werkgroepen, landelijke bijeenkomsten, symposia In Utrecht - Sterrenkundige Kring Minnaert: lezingen, kijkavonden, excursies Forum: Wordt vrijwilliger bij Sonnenborgh (of een andere sterrenwacht) Wordt lid van Vrienden van Sonnenborgh - blad voor donateurs en soms bijzondere activiteiten