5 minute read
A. Van Big Bang tot nu
In de jaren ‘20 ontdekte de Amerikaanse sterrenkundige E.P. Hubble dat vrijwel alle sterrenstelsels buiten ons eigen melkwegstelsel zich van elkaar weg bewegen. Hubble deed zijn ontdekking aan de hand van het spectrum van het licht van de sterrenstelsels. Aan de hand van de eigenschappen van die spectra kunnen we bepalen of een ster ons nadert of zich van ons verwijdert. Georges Lemaître, Leuvense fysicus en priester stelde dat verschuivingen naar blauw in het lichtspectrum duidt op een naderende ster, verschuiving naar rood wijst op een ster die zich verwijdert.
D 8 Wat was er dan vóór de Big Bang?
Bij de oerknal ontstonden zowel ruimte als tijd, evenals materie en energie. De vraag “Wat was er dan vóór…” heeft dus eigenlijk geen zin, er was geen ‘vóór’. A. Van Big Bang tot nu
1. Big Bang
Alle sterrenstelsels bewegen zich van ons weg: het heelal dijt uit. Als we dan héél ver teruggaan in de tijd, we spelen de film achteruit, wat gebeurt er dan met de sterrenstelsels?
………………………………………………………………………………………………………… Wat gebeurt er met het volume wanneer je oneindig ver blijft teruggaan in de tijd? ………………………………………………………………………………………………………… Ongeveer 13,7 miljard jaar geleden was alle materie van het heelal samengeperst in een oneindig klein punt, met een oneindig grote dichtheid en temperatuur. Dat punt was veel kleiner dan de kern van een atoom (16.10-19 nm).
2.Evolutie van Big Bang tot nu
De oerknal was geen knal, want waar geen tijd en ruimte is, is er ook geen geluid, maar een soort explosief uitdijen waarbij enorm veel energie vrij kwam. Uit die energie ontstond alle materie.
1. Big Bang -13,8 miljard jaar
2
3
4
5
1. Big Bang 13,82 miljard jaar geleden: in een oneindig kort moment, wordt het heelal geboren uit een punt - met een oneindig klein volume - een oneindig grote dichtheid. ontstaan van ruimte en tijd
2. Inflatie (= kortstondige exponentiële groei) het heelal groeit razendsnel (In een fractie van een seconde) Het heelal koelde daardoor bijna onmiddellijk af en de inflatie was voorbij.
3. Vroege heelal Het vroege heelal was heet en ondoorzichtig (oersoep) ontstaan protonen, neutronen (en fotonen - ”lichtdeeltjes”) bij afkoeling: de eerste ionen worden gevormd uit de protonen en neutronen.
4. Nagloed van de oerknal: CMB komt vrij Na 300 000 jaar is het heelal voldoende afgekoeld neutrale H en He atomen ontstaan. Hierdoor kan licht (fotonen) loskomen en vrij reizen. De nagloed van de oerknal komt vrij en het heelal wordt transparant.
, met reusachtige radioantennes een zwakke ruis van microgolven op, afkomstig vanuit alle richtingen in de ruimte: de ‘nagloed van de oerknal’. CMB = Cosmic Microwave Background radiation ( kosmische achtergrondstraling)
Fig. 1.2.2 Planck-CMB
5. Dark ages Er zijn nog geen sterren, dus nog geen nieuwe lichtbronnen. Wolken van donker H-gas koelen af en versmelten.
8. Versnelde uitdijing Zo’n 5 miljard jaar geleden begint de uitdijing van het heelal te versnellen.
6. Eerste sterren De gaswolken verdichten. De eerste sterren bestaan enkel uit H en He.
7. Vorming van sterrenstelsels Door de zwaartekracht worden sterrenstelsels gevormd die samensmelten en uiteengaan. 9 miljard jaar na de Big Bang ontstaan planetenstelsels door het samenklitten van de stofdeeltjes in de gaswolk.
Hoe en hoe snel gebeurt de uitdijing van het heelal? Wij denken over beweging als dingen die door een ruimte heen bewegen. Je denkt dan misschien dat sterrenstelsels uit elkaar gaan omdat ze door de ruimte bewegen, maar dat is niet zo. Er komt in de loop van de tijd gewoon steeds meer ruimte bij, het heelal zet uit.
Gedachte-experiment: krentenbrood = heelal krenten = stelsels Het deeg stelt de lege ruimte voor. Het rijzen van het deeg is het uitdijen van die lege ruimte. De rozijnen zijn de sterrenstelsels. Ze bewegen zelf niet maar ze worden door het rijzende deeg meegevoerd. Daardoor komen ze op steeds grotere onderlinge afstand. Zo gaat het met de sterrenstelsels ook, ze worden meegevoerd door de uitdijende ruimte.
Stel nu, je zit op één van die rozijnen. De rozijnen vlakbij zitten in het begin op 1cm en na een uur rijzen op 3 cm van jou. Ze hebben zich van je verwijderd met een snelheid van 2cm/h. De andere rozijnen, die aanvankelijk op 2 cm zaten, zitten na een uur rijzen dan op 6cm. Ze gingen dus twee keer zo snel, met 4 cm/h. Rozijnen op 3 cm eindigen op 9 cm = 6 cm/h. De Hubbleconstante voor het rozijnenbrood is dus 2 centimeter per uur per centimeter. Voor elke extra centimeter afstand is de snelheid 2 centimeter per uur hoger.
Het heelal zet uit, dat staat vast. De vraag is of die uitzetting altijd blijft duren of niet.
Er zijn in het heelal 2 krachten aan het werk die elkaar tegenwerken: - ..............................................................................door de Big Bang - .................................................(gravitatie) door de aanwezige materie
Dit geeft 2 mogelijkheden voor de evolutie van het heelal:
Big Crunch
toekomst
nu
Big Bang Big Chill
Big Crunch
● ● genoeg materie om de uitdijing te stoppen ● ● eeuwig vertragen sterren doven uit heelal wordt koud
Big Chill *
● ● te weinig materie om de uitdijing volledig te stoppen ● ● eerst vertragen tot stilstand, daarna krimpen
(* Big Chill: ook Big Freeze of Heat Death genoemd)
DONKERE MATERIE: We zien ze niet want er is geen interactie met EM-straling. We weten dat ze er is via de zwaartekracht die ze uitoefent op de zichtbare materie. Op basis van berekeningen van de totale hoeveelheid materie in het heelal (aan de hand van het zwaartekracht effect ervan) leek het Big Chill scenario het meest waarschijnlijk, m.a.w. ………………………………………………………………………………… De uitdijing zou dan op dit moment moeten vertragen / versnellen. (doorstreep) Eind jaren ‘90 blijkt uit studies van de roodverschuiving van verre supernova’s dat de uitdijing van het heelal niet vertraagt, maar zo’n 5 miljard jaar na de oerknal zelfs nog begon te versnellen. Verklaring: DONKERE ENERGIE = een onbekende afstotende kracht (negatieve zwaartekracht) die de uitdijing van het heelal versnelt. (Het is een eerder globale kracht die lijkt samen te hangen met het vacuüm in de ruimte. Ze zou kunnen verklaren waarom clusters web-achtige filamenten vormen rond grote leegtes. Hierdoor is er nog een derde mogelijkheid voor de evolutie van het heelal: Big Rip. Big Rip: donkere energie doet het heelal sneller en sneller uitdijen totdat …………. ……………………………………………………………………………………………………….
TIJD (-15 miljard jaar) versnelde uitdijing
