Hendrik Vandenbruaene Volkssterrenwacht Beisbroek 3 dec 2009



Vergelijkbare documenten
Honderd jaar algemene relativiteitstheorie

Overzicht. Vandaag. Frank Verbunt Het heelal Nijmegen 2015

De evolutie van het heelal

Gravitatie en kosmologie

12/2/16. Inleiding Astrofysica College november Ignas Snellen. Kosmologie. Studie van de globale structuur van het heelal

Variabele Sterren. Instability strip: Cepheiden RR Lyrae W Virginis sterren. Rode reuzen op de z.g. instability strip in het HR diagram

College Fysisch Wereldbeeld 2

Lichtsnelheid Eigenschappen

Wetenschappelijke Nascholing Deel 3: En wat met de overige 96%?

Newtoniaanse kosmologie 4

Het Quantum Universum. Cygnus Gymnasium

Het mysterie van donkere energie

Zwaartekrachtsgolven. Johan Konter, Niels Pannevis, Sander Kupers. 24 juni Zwaartekrachtsgolven. Johan Konter, Niels Pannevis, Sander Kupers

Uitdijing van het heelal

Het meten van gravitatie golven door middel van pulsars

Bram Achterberg Afdeling Sterrenkunde IMAPP, Radboud Universiteit Nijmegen

Tweede Bijeenkomst: Zoektocht naar het Verborgen Hemelbeeld. Rond de Waterput donderdag 31 oktober 2013 Allan R. de Monchy

Sterrenstelsels: een aaneenschakeling van superlatieven

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Donkere Materie Een groot mysterie

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

HOVO cursus Kosmologie

Donkere Materie. Bram Achterberg Sterrenkundig Instituut Universiteit Utrecht

Nederlandstalige samenvatting

grootte van zwaartekrachtsveld: gekenmerkt door de ontsnappingssnelheid nieuwe inzichten over zwarte gaten Inhoud: gloeiend oppervlak en stoppelbaard

Newtoniaanse kosmologie De kosmische achtergrondstraling Liddle Ch Het vroege heelal Liddle Ch. 11

Het mysterie van massa massa, ruimte en tijd

Newtoniaanse kosmologie 5

Gravitatie en kosmologie

Kleinse Fles. Introductie String Zoologie Brane Worlds Zwarte Gaten

Verslag Natuurkunde Algemene relativiteitstheorie

Nederlandse samenvatting

Werkstuk ANW Zwarte gaten

Overzicht. Vandaag: Frank Verbunt Het heelal Nijmegen uitdijing heelal theorie: ART afstands-ladder nucleo-synthese 3 K achtergrond.

Hoe kunnen we zwarte gaten horen?

Dark Side of the Universe

Mysteries van de Oerknal, deel 2 Heelalmodellen. samenvatting tot nu: Zwaartekracht afwijking v/d gewone (euclidische, vlakke) meetkunde

Bart Buelens, 22 november Emergente Gravitatie volgens Erik Verlinde

Werkcollege III Het Heelal

Sterrenstelsels en kosmologie

Jo van den Brand Nikhef en Vrije Universiteit Amsterdam

HOVO cursus Kosmologie

Cover Page. Author: Bonnerot, Clément Title: Dynamics and radiation from tidal disruption events Date:

Populair-wetenschappelijke samenvatting

Kosmologie. Oorsprong van het heelal, onstaan van de eerste objecten en structuren, evolutie van de ruimtelijke verdeling van materie.

Wat is er 13,7 miljard jaar geleden uit elkaar geknald?

Zwarte gaten: klein, middel(?) en groot. Peter Jonker SRON, Radboud Universiteit Nijmegen & Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics E PA E N T Y

Newtoniaanse Kosmologie Newtonian Cosmology

Gravitatie en Kosmologie

Newtoniaanse kosmologie De singulariteit in het begin Liddle Ch De toekomst 7.3 Het standaardmodel Liddle Ch. 15

Newtoniaanse Kosmologie Newtonian Cosmology

Pandora's cluster, 2/12/2018. inhoud. Het vroege heelal. HOVO-Utrecht 9 februari HOVO-Utrecht 9 februari 2018

Einstein (2) op aardoppervlak. versnelling van 10m/s 2. waar het foton zich bevindt a) t = 0 b) t = 1 s c) t = 2 s op t=0,t=1s en t=2s A B C A B

Samenvatting door D woorden 28 november keer beoordeeld. Aardrijkskunde

Oerknal kosmologie 1

Over de zwaartekracht en

Gravitatie en kosmologie

Werkstuk ANW Supernova's

HOVO cursus Kosmologie

FLRW of Lambda-CDM versus Kwantum Relativiteit

Sterrenstof. OnzeWereld, Ons Heelal

Zwart gat Simulatie KORTE BESCHRIJVING

De bouwstenen van het heelal Aart Heijboer

Emergente zwaartekracht Prof. Dr. Erik Verlinde

Ontstaan en levensloop van sterren

STERREN EN MELKWEGSTELSELS

Nederlandse Samenvatting

Het Quantummechanisch Heelal. prof.dr. Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen

SAMENVATTING HOGE ENERGIE FYSICA. (Summary in Dutch)

2/22/2018. inhoud zwaartekracht lenswerking. Afbuiging van licht, effect van de tijd

Sterrenstelsels. prof.dr. Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen

178 Het eerste licht

Einstein, Euclides van de Fysica Door Prof. Henri Verschelde

Terug naar het begin. Van ontstaan van de aarde naar de oerknal

Sterren en sterevolutie Edwin Mathlener

HOVO cursus Kosmologie

Clusters van sterrenstelsels

11/15/16. Inleiding Astrofysica College 8 14 november Ignas Snellen. De melkweg

The Entangled Universe B. Mosk

STERREN EN MELKWEGSTELSELS

Rimpelingen van het Ruimteweefsel 1 Thomas Hertog

Praktische opdracht ANW Zwarte gaten

Big Bang ontstaan van het heelal

Voorronde Nederlandse Sterrenkunde Olympiade april 2014

Eindpunt van een ster Project voor: middelbare scholieren (profielwerkstuk) Moeilijkheidsgraad: Categorie: Het verre heelal Tijdsinvestering: 80 uur

experimenteren met Zwarte Gaten Eigenschappen van Zwarte Gaten tot nu HOVO2016, Utrecht 15 Juli 2016 Speciale RelativiteitsTheorie

J.W. van Holten

Is ons universum een klein deel van een veel groter multiversum?

De braan kan gezien worden als de rand van het anti-de Sitter heelal. Het verband van Maldacena zegt dat een veldentheorie die op de braan

Het berekenbare Heelal

Praktische opdracht ANW De levensloop van een ster

Zwaartekrachtgolven bieden een nieuwe kijk op de kosmos

Samenvatting. Sterrenstelsels

20 Vragen over Virgo en Gravitatiegolven

Zwaartekracht De meest bekende en minst begrepen kracht!

Nederlandse Samenvatting

Tijd & causaliteit Relativiteitstheorie Pijl van de tijd Samenvatting. Tijd in de fysica. Paul Koerber

Andromeda stelsel nadert ons 20% sneller

Zwarte gaten Literatuurstudie Sterrenkunde 1 Door: Jiri Tik Djiang Oen Studie: Natuur- & Sterrenkunde November 2007

Gravitatie en kosmologie

Transcriptie:

Astronomische voorbeelden Relativiteitstheorie Hendrik Vandenbruaene Volkssterrenwacht Beisbroek 3 dec 2009

Overzicht Algemene relativiteitstheorie : kerngedachten Peri-astron precessie Gravitatielenzen Zwarte gaten Gravitatiegolven Heelalmodellen Outlook 2

Algemene relativiteitstheorie : kerngedachten 1916 3

Newton Einstein (3D-voorstelling) Einstein (2D-voorstelling) 4

Peri-astron precessie Bvb verschuiving perihelium Mercurius Perihelium precessie 42.98 per 100yr (dus totaal rozet : 12 mio yr!) Niet te verklaren door andere planetaire storingen Relativiteitstheorie geeft nauwkeurige voorspelling Gevolg van ellips in gekromde ruimte rond ster Geometrie = soort trechter Ellips niet gesloten 5

Gravitatielenzen Principe Object Gevolgen : - Dubbel beeld (evt. meervoudig) - Versterkende werking - Massabepaling deflector Deflector Bvb Quasar-licht buigt af o.i.v. grote massas (clusters) Waarnemer 6

Voorbeeld dubbelquasar 7

Einstein-kruis Lichtbogen 8

Micro-lensing Effect niet enkel op intergalactische schaal, ook op meer locale schaal Bvb zoektocht naar bruine dwergen in LMC (vanaf 1992) Opticla Gravitational Lensing Experiment, OGLE (univ Warshau) Recent echter ook exoplaneten! 9

Zwarte gaten : basisidee Object waar zwaartekracht zo sterk is dat ontsnappingssnelheid groter is dan lichtsnelheid Laplace Michell (1790), Schwarzschild (1906), Kerr&Newmann (1965-roterende) Klassieke berekening : mv² GMm = 2 r nu : v = c r xchwarzsch ild = 0 2GM c² Bvb : zon 3km Relativiteit : Zwart gat singulariteit in ruimte-tijd Rond singulariteit : zone of no return : waarnemingshorizon 10

Zwarte gaten : Fenomenen Waarnemingshorizon Enkele richting : in, niet uit Bvb licht : buiten horizon zeer sterke afbuiging binnen horizon kan er niet uit Extreme tijdsdilatatie tot stilstand van de tijd Ergosfeer Extreme getijdeneffecten spaghettificatie Bij roterende zwarte gaten (singulariteit schijf) Zone waar ruimte-tijd sneller dan licht meedraait Zone waarin je niet meer kunt stil staan Fotonsfeer 1.5x Schwarzschild straal Bol waar tangent invallend licht net kan blijven rond cirkelen 11

15 mio g Simulatie, vlucht naar zwart gat Wat ziet men? 9000 mio g 65 miljard g Ute Kraus, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik 12

Hot spot die rond zwart gat roteert 13

Zwarte gaten : Waarnemen Indirecte waarnemingen Objecten die rond zwart gat bewegen Bvb in dubbelstersystemen Bvb centrum melkwegstelsel Indirect via effecten rond zwart gat Accretieschijven Zeer energetische straling door versnellen, verhitten invallend materiaal Jets : opgerold magneetveld, 2 fijne stralen Bvb : in dubbelstersystemen (X-stralen, gamma straling) in centra actieve sterrenstelsels (Quasars, Radiostelsels,). Hawking straling Paren deeltjes en anti-deeltjes ontstaan continu in de ruimte Eentje in zwart gat, ander ontsnapt lijkt alsof er straling uit zwart gat komt 14

Accretieschijf + jets Rond zwart gat (model) Waarnemingen 15

Melkwegcentrum Mass of Sagittarius A*: 4.0±0.1 1E6 Msol Size of Sagittarius A* < 1 AU Sagittarius A* must be a black hole. 16

Zwarte gaten : ontstaan, soorten Stellaire zwarte gaten Massieve ster, einde leven supernova Kern klapt in elkaar 1.4 Msol : witte dwerg (Chandrasekar limit) 3-4 Msol : neutronen ster (Tolman-Oppenheimer-Volkoff limit) > 3 Msol - 15-20 Msol: zwart gat Supermassieve zwarte gaten In centrum sterrenstelsels, miljoenen zonsmassas Hoe ontstaan? Langzame accretie? Samensmelten? Super-sterren na Big-Bang? Restanten Big-Bang Intermediaire zwarte gaten Bvb in centrum bolhopen? nog zoektocht Primordiale zwarte gaten Deffecten uit ontstaan heelal? Mini zwarte gaten : bvb bij botsingen van elementaire deeltjes? 17

PowerPoint heeft het automatisch downloaden van deze externe afbeelding niet toegestaan om te voorkomen dat uw privacy in het gevaar komt. U kunt de afbeelding alsnog downloaden en weergeven door op de berichtenbalk op Opties te klikken en vervolgens Externe inhoud inschakelen te kiezen. Botsende sterrenstelsels Jets radiolobben in Quasars Samensmelten kernen sterrenstelsels X-ray : blauw Radiojets : rood 18

19

Gravitatiegolven Wat zijn ze? Hoe ontstaan ze? Kandidaten? Bewegende massa in de ruimte-tijd : Golffenomeen in ruimte-tijd (1916) Oscillatie van het ruimte-tijd weefsel : golf Cfr. EM-golven bij bewegende ladingen Elasticiteit ruimte-tijd : zeer stijf Gevolg 1 : enkel zeer hevige bewegingen van zeer zware objecten veroorzaken golven Gevolg 2 : zeer moeilijk te decteren Typische kandidaten Vorming zwart gaten Rotatie van en vooral samensmelten van neutronenesterren, zwarte gaten Ontstaan heelal 20

Rotatie zware objecten Ontstaan zwart gat (cfr steen in poel) 21

Nobelprijs Fysica 1993 Hulse & Taylor Pulsar rond andere neutronenster (binary pulsar) PSR 1913+16 (Aquila) Baan van de pulsar verkleint Afname periode +- 7 seconden van 1974 tot 1983 Energieverlies door uitzenden gravitatiegolven!! (nog 200 mio jaar te gaan) 22

Detectie gravitatiegolven Fysica Bevestiging principe gravitatiegolven (directe waarneming) Bevestiging quadrupool principe Sterkste test relativiteitstheorie Astronomie Ontstaan zwarte gaten Samensmelten neutronensterren, zwarte gaten Info Big bang voor moment ontkoppeling (!) Nieuwe zaken? Uiterst gering effect : Bvb : 2 neutronensterren op 50 mio lj afstand : relatieve lengteverandering 10-21 23

LIGO Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory Interferometrie om uiterst geringe verplaatsingen te gaan detecteren Principe Michelson interferometer (1881) Zo afregelen dat interferentie destructief is Bij golf : oscillatie zichtbaar Maar : wegfilteren aardse storingen 2x 4 km (vacuum) Super precieze ophanging met trillingscompensatie 10-18 m precies!! (1000 kleiner dan atoomkern) 24

2 lokaties in USA Washington & Louisiana Gecorreleerde waarnemingen - First lock : Okt 2000 - Aug 2009 : limieten BigBang theorieën - 2014 : Advanced LIGO factor 10 25

Samensmelten zwart gat neutronenster Project zeer controversieel Zeer duur (530mio USD) en resultaat zeer twijfelachtig Probleem gevoeligheid 26

En vanuit de ruimte Gevoeligheid op aarde Probleem: seismische limieten grootte beperkt LISA : Laser Interferometer Space Antenna 27

LISA : principe Formatie 3 satellieten die gigantische laser interferometer vormen Nauwkeurigheid 10-23 10-10 m detectie IR-laser 30cm optiek NASA/ESA Momenteel : LISA/PATHFINDER missie in voorbereiding (2011?) 28

29

Heelalmodellen 1. Wet van Hubble Edwin Hubble 100 Hooker Telescoop (jaren 20) 1 : Sterrenstelsels niet in onze eigen melkweg 2 : Bepaling roodverschuiving Roodverschuiving - afstand : lineair verband (!) Wet van HUBBLE : v = H 0.d 30

Wet van Hubble 31

Heelalmodellen 2. Oerknal-concept Uit de waargenomen uitdeining Omgekeerde redenering : Ooit alles dicht bij elkaar : hoge druk, temp, Bep. tijdstip in verleden : ontstaan heelal In allesomvattende explosie BIG BANG (Oerknal) Op basis van Hubble cte : 10-15 miljard jaar oud Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker model 1922-24 1927 jaren 30 Rus Bel USA UK 32

EVOLUTIE HEELAL Op basis van algemene relativiteitstheorie Initiële expansie, geremd door gravitatie (massa) 3 gevallen mogelijk OPEN HEELAL : m < m kritisch Initiële expansie wint het van massa-rem ruimte is oneindig en negatief gekromd GESLOTEN HEELAL : m > m kritisch stopt met uitzetten en krimpt terug BIG CRUNCH Eindig heelal en positief gekromd KRITISCH HEELAL (Einstein-De Sitter heelal) m = m krit (+/- 3 H-atomen per m³!!) uitzetting stopt op oneindig Vlak heelal (Euclidisch) 33

Ω 0 < 1 Ω 0 = 1 Ω 0 < 1 34

Outlook 1. Versnelde uitdeining heelal Waargenomen a.d.h.v. Type Ia Supernovae (1997-1998) Verre supernovae zijn ietsje zwakker dan verwacht Vroeger iets tragere uitzetting dan nu Zwakke afstotende kracht werkzaam. Fysische achtergrond??? Einstein : Kosmologische constante al in theorie (Lambda) Lost heel wat kosmologische problemen op (o.a. leeftijd heelal e.d.) 35

PowerPoint heeft het automatisch downloaden van deze externe afbeelding niet toegestaan om te voorkomen dat uw privacy in het gevaar komt. U kunt de afbeelding alsnog downloaden en weergeven door op de berichtenbalk op Opties te klikken en vervolgens Externe inhoud inschakelen te kiezen. Outlook 2. Verband relativiteitstheorie en quantummechanica? Quantum-gravitatie Relativiteitstheorie : grote structuren zwaartekracht Quantumfysica : micro structuren : elementaire deeltjes Geen unificatie-theorie die beide facetten beschrijft Fundamenteel probleem Super kleine schaal : quantum fysica fluctuaties : levert singulariteiten op in alg relativiteit Heisenberg onbepaaldheid : positie of snelheid snelheid energie kromming ruimte Op super kleine schaal wild gekromde ruimte : Quantumschuim. Schaal 1E-33 (Planck lengte) : problematisch Mogelijke oplossingen : bvb in string theorie ipv puntdeeltjes, kleine snaartjes Graviton : messenger-deeltje voor zwaarte kracht 36

Outlook 3. Wilde aanpassingen gravitatietheorie??? Donkere materie Bvb rotatiecurves sterrenstelsels Expansie heelal : zeer grote fractie donkere materie Alternatief : gravitatietheorie klopt niet 100% bij lage dictheid MOND : Modified Newtonian Dynamics Mordehai Milgrom (1983) F m.a (a beetje kleiner dan verwacht) kan rotatie curves verklaren zonder donkere materie Bvb ook lichte afwijkingen verwachte beweging sondes langs planeten. Waarom? Andere ideeën : lichtsnelheid niet constant doorheen geschiedenis heelal!!??!! (bvb J. Magueijo) effecten op evolutie heelal. 37

38