Sterrenstelsels en kosmologie

Transcriptie

1 Sterrenstelsels en kosmologie

2 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/ HST

3 Het heelal is enorm! De lichtsnelheid is km / sec: 7,5 keer de aarde rond in 1 sec

4 De afstand aarde maan is 1,5 lichtseconde 4

5 Zon is 5 lichtseconden in doorsnede Afmeting Aarde Maan systeem Ø 5 lichtseconden

6 De afstand zon aarde is 8 lichtminuten

7 Dichtstbijzijnde ster na de zon is proxima centauri op 4,3 lichtjaar afstand

8 Spelen met getallen: het sterrenstelsel op schaal Als de zon zo groot zou zijn als een knikker met een doorsnede van 1 cm, op welke afstand zou de knikker proxima centauri staan? Alpha Centauri

9 Antwoord Ø zon is 5 lichtsec 1 cm 4,3 lichtjaar is dan: 4,3*365*24*60* km = Onze Melkweg is leeg! Alpha Centauri

10 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

11 Melkweg Alle sterren die we zien zijn onderdeel van ons melkwegstelsel 11

12 Ons Melkwegstelsel Grote beer Tweeling Andromeda Magellaense wolken Orion Om te begrijpen hoe ons Melkwegstelsel in elkaar zit, is het cruciaal afstanden te kunnen bepalen

13 Hoe verder van ons vandaan, des te zwakker en kleiner objecten lijken

14 Cepheïden: pulserende sterren als meetlat Henrietta Leavitt ontdekte dat zwakkere Cepheïden sneller pulseren (begin 20 e eeuw)

15 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 melwegstelsel Heber Curtis Nevels zijn andere eiland heelallen

16 : Observationeel bewijs voor eiland heelal theorie en correcte afmeting melkweg 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 1930: Robert Julius Trumpler gebruikt RR Lyrae sterren in bolhopen om de omvang van de Melkweg te bepalen: Ø lichtjaar

17 40 jaar later onthult Dwingeloo de spiraalarmen van ons melkwegstelsel 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

18 Nu hebben we een rijkdom aan observaties beschikbaar

19 Onze Melkweg, wat we nu weten: Zon 1 van de 200 miljard sterren Diameter lichtjaar Dikte 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 1 proton per m3: 90% in sterren, 10% in gas M74 als voorbeeld van een spiraalstelsel

20 U bent hier: de plaats van de zon in de Melkweg De zon: lj tot centrum 50 lj boven het vlak Aan de rand van de Orion arm Zon draait in 200 miljoen jaar om centrum

21 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

22 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

23 Uitzoomen: de buitenwijken van de Melkweg tonen tekenen van kosmisch kannibalisme

24 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.

25 De Maggelaense Wolken zijn de meest nabije sterrenstelsels De Kleine en Grote Maggelaense Wolken zijn onregelmatige stelsels. Ze worden uit elkaar getrokken door de Melkweg.

26 Beter een goede buur dan een verre vriend: 30 sterrenstelsels in de Lokale Groep De Melkweg en de Maggelaense 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: in deze cluster is het effect van de zwaartekracht sterker dan het effect van de uitdijing van het heelal: de stelsels bewegen naar elkaar toe

27 De spiraalstelsels in de Lokale Groep Andromeda nevel M 31 Pinwheel M 33

28 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

29 Melkwegstelsels Stelsels in soorten en maten

30 M83: een spiraalstelsel waarin veel jonge sterren worden gevormd

31 ESO : warp na interactie met een ander stelsel?

32 M104: Sombrero galaxy

33 NGC1300: een balkspiraal

34 M87: een elliptisch stelsel

35 NGC 5253: een onregelmatig dwergstelsel

36 Hubbles stemvork

37 Botsende stelsels: Arp 295 melkwegstelsels en kosmologie 39

38 Botsende stelsels: NGC 2207 en IC 2163

39 Botsende stelsels: The Antennae (NGC 4038 / 4039)

40 Bij een botsing tussen twee zware stelsels gaat de originele structuur verloren

41 De 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

42 De helderste sterrenstelsels zijn niet gelijkmatig over het heelal verdeeld Vorming van sterstelsels

43 Pauze

44

45 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 47

46 Doppler effect: bij beweging van je af daalt de frequentie, naar je toe stijgt deze juist melkwegstelsels en kosmologie 48

47 Het Doppler effect zien we ook bij het licht van sterrenstelsels melkwegstelsels en kosmologie 49

48 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 Conclusie: hoe verder weg, des te hoger de snelheid

49 Het heelal dijt uit

50 Hubbles data

51

52 melkwegstelsels en kosmologie 54

53 Of we bevinden ons op een hele speciale locatie, of het heelal dijt uit U bent hier

54 Ons beeld van het uitdijende heelal Licht wordt uitgerekt als het heelal uitdijt Hoe verder een sterrenstelsel van ons verwijderd is, des te meer het heelal is uitgedijd, dus des te meer het licht is uitgerekt naar langere golflengten: roodverschuiving

55 Onderlinge afstand De afstand tussen the sterrenstelsels Tijd

56 Onderlinge afstand De afstand tussen the sterrenstelsels Tijd

57 Onderlinge afstand De afstand tussen the sterrenstelsels Tijd

58 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

59 Onderlinge afstand De afstand tussen the sterrenstelsels Uitdijing vertraagt Tijd

60 De structuur in het heelal is met de tijd steeds inhomogener geworden Vorming van sterstelsels

61 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.

62 Nu veel gedetailleerdere waarnemingen van de achtergrondstraling: temperatuur = 2,73 graden Kelvin Planck WMAP Fluctuaties in de orde van een miljoenste graad

63 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

64 De Big Bang tot nu

65 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 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

66 Onderlinge afstand De toekomst voorspellen Tijd

67 Onderlinge afstand De toekomst voorspellen Tijd

68 Onderlinge afstand De toekomst voorspellen Tijd

69 Onderlinge afstand De toekomst voorspellen Big Bang Tijd

70 Onderlinge afstand De toekomst voorspellen gnab gib Big Bang Tijd

71 De afremming van de uitdijing het heelal vertelt ons hoe de toekomst eruit ziet

72 Het verleden van het heelal meten Nu Tijd Lang geleden Langzaam Uitdijing snelheid Snel

73 Het verleden van het heelal meten Nu Tijd Lang geleden Langzaam Uitdijing snelheid Snel

74 Het verleden van het heelal meten Nu Tijd Lang geleden Langzaam Zwaartekracht wint Uitdijing snelheid Snel

75 Het verleden van het heelal meten Nu Tijd Lang geleden Langzaam Zwaartekracht wint Zwaartekracht verliest Uitdijing snelheid Snel

76 Het verleden van het heelal meten Nu Tijd Lang geleden Langzaam Versnellende uitdijing Zwaartekracht wint Zwaartekracht verliest Uitdijing snelheid Snel

77 Afstand Het verleden van het heelal meten Nu Tijd Lang geleden Zwakker Verder weg Versnellende uitdijing Zwaartekracht verliest Helderder Dichterbij Zwaartekracht wint

78 Afstand Het verleden van het heelal meten Zwakker Verder weg Versnellende uitdijing Zwaartekracht verliest Helderder Dichterbij Zwaartekracht wint Laag Roodverschuiving Hoog

79 Type 1a supernovae als afstandsbepalers Hoe snel een supernova afzwakt, is afhankelijk van zijn instrinsieke helderheid (Mark Philips, 1993)

80

81 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 Donkere materie

82 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

83 Het effect van donkere materie zien we ook op kleine schaal terug in de rotatie van sterrenstelsels

84 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.