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

Vergelijkbare documenten
HOVO cursus Kosmologie

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Donkere Materie. Bram Achterberg Sterrenkundig Instituut Universiteit Utrecht

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

De evolutie van het heelal

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

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

Bram Achterberg Afdeling Sterrenkunde IMAPP, Radboud Universiteit Nijmegen

HOVO cursus Kosmologie

Newtoniaanse kosmologie 5

Werkcollege III Het Heelal

Uitdijing van het heelal

Het mysterie van donkere energie

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

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

HOVO cursus Kosmologie

Gravitatie en kosmologie

Oerknal kosmologie 1

Newtoniaanse Kosmologie Newtonian Cosmology

Newtoniaanse kosmologie 4

J.W. van Holten

Newtoniaanse Kosmologie Newtonian Cosmology

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

HOVO cursus Kosmologie

Honderd jaar algemene relativiteitstheorie

STERREN EN MELKWEGSTELSELS

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Andromeda stelsel nadert ons 20% sneller

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

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

Gravitatie en kosmologie

Sterrenstelsels en kosmologie

Wordt echt spannend : in 2015 want dan gaat versneller in Gevene? CERN echt aan en gaat hij draaien op zijn ontwerp specificaties.

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

Thermodynamica rol in de moderne fysica Jo van den Brand HOVO: 4 december 2014

Sterrenstelsels: een aaneenschakeling van superlatieven

Hoe werken krachtdeeltjes

Lichtsnelheid Eigenschappen

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

De bouwstenen van het heelal Aart Heijboer

Donkere Materie Een groot mysterie

Gravitatie en kosmologie

Het Quantum Universum. Cygnus Gymnasium

Emergente zwaartekracht Prof. Dr. Erik Verlinde

Gravitatie en kosmologie

Gravitatie en Kosmologie

Nieuwe Meer 26 okt Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Gravitatie en kosmologie

Vroege beschavingen hebben zich al afgevraagd waar alles vandaan kwam en hoe alles is begonnen.

FLRW of Lambda-CDM versus Kwantum Relativiteit

Nederlandse Samenvatting

178 Het eerste licht

Majorana Neutrino s en Donkere Materie

D h = d i. In deze opgave wordt de relatie tussen hoekmaat en afstand uitgerekend in een vlak expanderend heelal.

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

Nederlandse samenvatting

Bart Buelens, 22 november Emergente Gravitatie volgens Erik Verlinde

Sterrenstof. OnzeWereld, Ons Heelal

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Thermodynamica rol in de moderne fysica Jo van den Brand HOVO: 13 november 2014

Probus 23 apr Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Lichtsnelheid Introductie

De Wonderbaarlijke Eenheid van het Heelal, de Oerknal en het Multiversum

Probus Aalsmeer 20 mei Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

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

Wil van de Vorst. De Phisymme-theorie Concept van het heelal Door: Wil van de Vorst. Phi x Symmetrie x Energie = PHISYMME

De OERKNAL (BIG BANG) en daarna

5 Juli HOVO-Utrecht

Nederlandse samenvatting

Werkstuk ANW Supernova's

Werkstuk ANW Zwarte gaten

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Aarde Onze Speciale Woonplaats

Transport Theorie. 184 Nederlandse Samenvatting

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

Waarvan is het heelal gemaakt? Hoe is het allemaal begonnen?

Big Bang ontstaan van het heelal

Nederlandse Samenvatting

TENTAMEN INLEIDING ASTROFYSICA WOENSDAG 14 DECEMBER,

Nederlandse samenvatting

Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de natuur

Samenvatting. Sterrenstelsels

Een (bijna) perfect heelal. Mysteries van de Oerknal: Mysteries van de Oerknal: de Gloed van de Oerknal

Dark Side of the Universe

Tentamen Inleiding Astrofysica 16 December 2015,

Thermodynamica rol in de moderne fysica Jo van den Brand HOVO: 27 november 2014

Het berekenbare Heelal

Kosmologie. een geschiedenis van licht en donker. J.W. van Holten. Nikhef, Amsterdam NL

De OERKNAL (BIG BANG)

Sterrenkunde Ruimte en tijd (3)

LHCb Wat doen wij? Niels Tuning voor ET - 8 januari 2013

Kosmische regen op Groningen

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

J.W. van Holten. Kosmologie een geschiedenis van licht en donker

Materievorming en vorm-vorming

Materie bouwstenen van het heelal FEW 2009

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Higgs-deeltje. Peter Renaud Heideheeren. Inhoud

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

Kleinse Fles. Introductie String Zoologie Brane Worlds Zwarte Gaten

Transcriptie:

Inleiding Astrofysica College 10 28 november 2016 15.45 17.30 Ignas Snellen Kosmologie Studie van de globale structuur van het heelal 1

12/2/16 Afstanden tot sterrenstelsels Sommige sterren kunnen als standaardsterren gebruikt worden Afstand bepalen Dmv helderheid Afstand meten dmv parallax Cepheiden: de standaardsterren bij uitstek! Heel heldere veranderlijke sterren: relatie tussen periode en lichtkracht 2

Periode-lichtkracht relatie 3

12/2/16 M81 4

Alle stelsels bewegen van ons af. Bevinden we ons in het centrum van het heelal? Wet van Hubble Nee: schaalvergroting van het Heelal T1 T2 5

Roodverschuiving is niet echt een Doppler effect! Straling wordt uitgerekt samen met de uitdijing van het heelal (denk aan een doos met spiegels als wanden) R = schaalgrootte van het heelal 1+z = R(nu) / R(tijdens emissie) 6

Het uitdijend heelal Het heelal was vroeger veel kleiner Het heelal had vroeger een veel grotere dichtheid Het heelal was vroeger veel heter Big Bang Theorie: Het heelal is ontstaan uit een singulariteit Leeftijd = 1/H 0 ~ 15 miljard jaar Roodverschuiving = afstand (= tijd) 7

Hoe evolueert het expanderende heelal? Het kosmologisch principe: Het heelal ziet er in iedere richting het zelfde uit (isotroop), en heeft op iedere plaats dezelfde eigenschappen (homogeen) 1915 Einstein s relativiteitstheorie 1916 De Sitter evolutie model Einstein gelooft in het perfect cosmological principle en introduceert de kosmologische constante om het heelal niet evoluerend te maken. 1922 Friedman wiskundige evolutiemodellen 1929 de Wet van Hubble Einstein beseft dat de kosmologische constante zijn grootste blunder is. 1949 Steady state universe (Bondi, Gold, Hoyle). 1960 Het universum op grote roodverschuiving ziet er heel anders uit à evolutie 1964 Ontdekking van achtergrondstraling overblijfsel van de oerknal. 1997 Het heelal expandeert steeds sneller Hoe evolueert het expanderende heelal? De Friedmann vergelijking (1922) à De zwaartekracht zal de uitdijing van het heelal afremmen (nog voor de uitdijing was waargenomen!!) M = 4 3 πρr( H * 8πGρ 3 = C/R(t) * 8

Hoe evolueert het expanderende heelal? Kritische dichtheid! Dichtheid in het heelal bepaalt de evolutie! Het meten van massa + donkere materie gravitatie-lenzen 9

Cluster als gravitatielens à meet zichtbare en donkere materie Donkere materie: 85% van alle materie in het heelal! Wat is donkere materie?? Om het heelal als geheel te kunnen begrijpen, moeten we meer begrijpen van deeltjesfysica Donkere compacte objecten (zwarte gaten, neutronensterren, uitgestorven witte dwergen)? Nee uitgebeid naar gezocht met gravitational lensing in de 1990s Oerknalmodellen (zo dadelijk) laten zien dat het geen baryonische materie (protronen, neutronen) kan zijn Een onbekend, exotisch elementair deeltje? 10

12/2/16 De Oerknal The Big Bang Materiedichtheid schaalt met 1/R3 Aantal fotonen per volume-eenheid schaalt ook met 1/R3 Maar energie per foton schaalt met 1/R, dus foton-energiedichtheid schaalt met 1/R4 à Er is een tijd in het vroege heelal dat energie in fotonen dominant was à Het heelal was vroeger heet en met hoge dichtheid 11

12/2/16 De Oerknal The Big Bang T=0 sec Singulariteit oneindige dichtheid T=10-11 sec Hoogste energieen in deeltjesversnellers T=10-6 Protonen en neutronen worden gevormd sec T=1 sec Energiedichtheid wordt gedomineerd door fotonen T=109 K, dichtheid van lucht. Kernfusie van deuterium en Helium. Meeste protonen blijven los T=3-20 min T=70.000 jaar Energiedichtheid wordt gedomineerd door materie T=377.000 jaar (z~1100) Electronen recombineren met protonenà vrije pad-lengte voor fotonen wordt oneindig à achtergrondstraling! 1000>z>10 The Dark Ages - alleen lijnstraling van neutraal waterstof T=150-1000x106 jaar (z=5-10) Re-ionisatie: eerste sterren en quasars vormen à ioniseren het heelal. De achtergrondstraling Zeer homogeen à fluctuaties op 10-5 niveau à beginpunt van structuurvorming 12

12/2/16 Open vragen en moderne ontwikkelingen Waarom expandeert het heelal? Waarom is de expansie in elke richting het zelfde (isotroop)? Wat is de toekomst van de expansie? Waarom is de dichtheid van het heelal vrijwel precies de kritische dichtheid? Nooit met elkaar in contact geweest! 13

12/2/16 Grote ontdekking in 1997: Uitdijing van het heelal vertraagt niet, maar versnelt Boosdoener: Donkere Energie (?) Inflatie Twee problemen in de kosmologie, die van isotropie en kritische dichtheid, kunnen met een simpele ingreep worden opgelost: inflatie: exponentiele groei van het heelal tussen t=10-36 en 10-32 seconde. Nooit met elkaar in contact geweest! 14

12/2/16 Veel open vragen à veel antwoorden Probleem hoe empirisch te testen? Even hoop voor inflatie: BICEPS2 15

12/2/16 Hebben we een nieuwe zwaartekrachtswet nodig? Erik Verlinde s (UvA) Ideeen 1. Zwaartekracht is niet fundamenteel. Het wordt veroorzaakt door het verplaatsen van (quantum)informatie 2. (Quantum)informatie is de belangrijkste bouwsteen van het heelal 3. Begrippen als donkere energie en donkere materie zouden mogelijk kunnen worden verklaard. De grenzen van onze kennis modern onderzoek Wat is donkere energie? Wat is donkere materie? Hoe vormen zich de eerste sterren in het heelal? populatie III Wanneer en hoe vond re-ionisatie plaats? Wanneer worden de eerste zwarte gaten gevormd? Hoe vormen zich en evolueren melkwegstelsels en hoe is de wisselwerking met donkere materie? Hoe zijn de zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels gevormd? LOFAR 16

De grenzen van onze kennis modern onderzoek De materie in neutronensterren 10x de dichtheid van een atoomkern. Hoe is deze opgebouwd? Zwarte gaten: Event Horizon Telescope kan zwart gat in onze melkweg in kaart brengen relativistische processen vlakbij de horizon. De grenzen van onze kennis modern onderzoek Waarnemingen van gravitatiegolven (voorspeld door Einstein) Waarnemingen van Neutrino-observatoria Onbekende radio-flitsen 17

Hoe vormen planeten zich? De grenzen van onze kennis modern onderzoek Hoe gewoon zijn de Aarde en ons zonnestelsel? Is er leven op planeten buiten ons zonnestelsel? [is er intelligent leven?] Recent ALMA image!! De grenzen van onze kennis modern onderzoek Waarom verschillen Venus, Aarde en Mars zo van elkaar? Wat is de evolutionaire geschiedenis van de verschillende planeten in ons zonnestelsel? Begrijpen we de verschillende atmosferen en klimaten? Waar komt het water op aarde vandaan? Hoe gevaarlijk zijn aardscheerders, en kunnen we inslagen voorkomen? Kunnen we planetoiden ooit gebruiken voor mijnbouw? 18