23 februari heeft Edwin Mathlener voor sterrenvereniging Astra Alteria een cursus gegeven over 'Kosmische raadselen'. Bijgaand de pdf van de presentatie.

1. Kosmische raadselen
Edwin Mathlener!
!
Laatste les Cursus Sterrenkunde !
Sonnenborgh – Museum & Sterrenwacht!
11 december 2014

2. Kosmische raadselen
• Vragen over de maan!
• Sterren - een terugblik !
• Witte dwerg - Supernova - Neutronenster !
• Zwart gat !
• Gamma ray bursts!
• Paradox van Fermi: waar is iedereen? - SETI!
• Massa heelal?!
• Donkere materie en donkere energie (+vraag)!
• Inflatie !
• Wat was er voor de oerknal?!
• Kunnen wij mensen alles begrijpen?!
• Hoe verder met de hobby?

3. Vragen over de maan
• Klopt het dat de maan altijd in het oosten opkomt, en altijd in het
westen ondergaat? Ja.!
• Is dit afhankelijk van de cyclus van de maan? Nee!
• Als ik pal naar het zuiden kijk, hoe varieert dan de hoogte van de
maan (a) tijdens de maancyclus (b) tijdens het jaar.
Twee factoren: helling aardas, helling maanbaan.
Volle maan winter staat ± op plaats zomerzon.
Volle maan zomer staat ± op plaats winterzon.!
• Kan ik deze informatie ook vinden op het internet? Waar precies?
Zie Sterrengids 2015, tabel Maan
of
http://hemel.waarnemen.com/maan/maan_2015.html,
kolom ‘Tran hoogte’

4. 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!

5. Orionnevel

6. Proplyds

7. Herbig-Haro objecten

8. HH 901 and HH 902 in Carina-nevel

9. a) donkere wolk b) gravitationele collaps c) protoster
d) T Tauri-ster e) pre-hoofdreeksster f) jong stersysteem
dichte kern
bipolaire
uitstroom
schijf
omhulling
bipolaire
uitstroom
centrale
ster
planetaire
puinschijf
centrale
ster
planeten-
stelsel
⇤ 200.000 AE ⇥ ⇤ 10.000 AE ⇥ ⇤ 500 AE ⇥
⇤ 100 AE ⇥ ⇤ 100 AE ⇥ ⇤ 50 AE ⇥
tijd = 0 10.000 tot
100.000 jaar
100.000 tot
3.000.000 jaar
3.000.000 tot
50.000.000 jaar na
50.000.000 jaar
protoplanetaire
schijf

10. NGC 346 in Grote Magelhaense Wolk

11. 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!

12. Waterstof!
!
Helium!
!
Zuurstof, koolstof, stikstof

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

14. Lichtkracht
AGB

15. Helixnevel

16. ! ! ! ! ! ! Katteoognevel (NGC 6543)

17. Vlindernevel (M2-9)

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

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

20. Tycho, 1572
Chandra en Spitzer Hubble,WFPC2

23. 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!

24. SN 1987A
2004

27. 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)

28. Supernova 1054

29. Pulsars
• PSR B0329+54
0.714519 s = 1,4 x per seconde!
• Vela Pulsar
89 ms = 11 x per seconde!
• Krab Pulsar
30 x per seconde!
• PSR J0437-4715
174 x per seconde

30. Pulsars
• PSR B0329+54
0.714519 s = 1,4 x per seconde!
• Vela Pulsar
89 ms = 11 x per seconde!
• Krab Pulsar
30 x per seconde!
• PSR J0437-4715
174 x per seconde

31. Pulsars
• PSR B0329+54
0.714519 s = 1,4 x per seconde!
• Vela Pulsar
89 ms = 11 x per seconde!
• Krab Pulsar
30 x per seconde!
• PSR J0437-4715
174 x per seconde

32. Pulsars
• PSR B0329+54
0.714519 s = 1,4 x per seconde!
• Vela Pulsar
89 ms = 11 x per seconde!
• Krab Pulsar
30 x per seconde!
• PSR J0437-4715
174 x per seconde

33. Pulsars
• PSR B0329+54
0.714519 s = 1,4 x per seconde!
• Vela Pulsar
89 ms = 11 x per seconde!
• Krab Pulsar
30 x per seconde!
• PSR J0437-4715
174 x per seconde

34. Grote dichtheden!
• Witte dwerg: ton per cm3
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 108 ton/cm3
Alleen kerndeeltjes dicht op elkaar met nucleaire
dichtheid. Kernkrachten tussen neutronen geven
de tegendruk. !
• Atomen zijn grotendeels leeg. Die ruimte kan
eruit!

35. 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

36. Hoe zien we zwarte gaten?
• Door hun invloed op hun omgeving!
• Bronnen van röntgenstraling door invangen van
materie!
• Massabepaling in dubbelsterren

37. Cygnus-X1

38. 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!

43. Gamma ray bursts
• Ontdekt in 1969!
• Korte intense uitbarstingen !
• Waar aan de hemel?
Richtingbepaling moeilijk!!
• Waar in het heelal?
In de melkweg of ver daarbuiten?!
• Hoeveel energie komt er vrij?

44. GRBs staan ver weg!
• Op statistische gronden al midden jaren ’90!
• 1997 eerste optische identificaties:
gamma burst
→ positiebepaling in röntgen (BeppoSAX en
Compton)
→ snelle optische identificatie !
• Meest energierijke explosies in het heelal

45. Burst staat in ver melkwegstelsel

46. Wat ontploft er?
• Botsende neutronensterren?!
• Hypernova?!
• Energie in alle richtingen?!
• Of juist in bundels?!
• Gevaar voor aarde?
Mogelijk wel: gewone SN-explosies kunnen
negatieve invloed hebben in directe omgeving.
GRBs zouden een melkwegstelsel kunnen
steriliseren, indien ze stralen in alle richtingen!

47. Hypernova
• Supernova van zeer
zware ster!
• Vorming zwart gat!
• Explosie in bundels

48. Paradox van Fermi, of:
Waar is iedereen?
• In een heelal met meer planeten dan sterren,
moet het toch krioelen van leven? !
• Zijn er niet heel veel buitenaardse beschavingen? !
• Een expansieve beschaving als die van ons zou
(met tijd van leven!) de hele Melkweg kunnen
koloniseren…!
• Waarom zijn wij dan nog niet onder de voet
gelopen? !
• Mogelijk is intelligent leven zeldzamer dat je
denkt.

49. SETI - Search for extraterrestrial
intelligence
• Zoektochten gaande met radio- en optische
telescopen!
• Radio al sinds jaren ’60!
• Optisch sinds jaren ’80: zoeken naar gerichte
laserbundels!
• Vooral particulier gesponsord: SETI Institute en
diverse universiteiten!
• Bekende namen: Jill Tarter, Seth Shostak,
Peter Jenniskens

50. 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%)

51. Donkere materie?
• Dynamica sterrenstelsels en clusters
→ donkere materie
Rotatiekromme Melkweg
Gravitatielenzen

54. Wat is 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)

55. 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...

57. Samenstelling heelal nu

58. Samenstelling heelal nu
??

59. Samenstelling heelal: 380000 jaar oud

60. Inflatie
• Korte fase van zeer snelle uitdijing tijdens de
oerknal!
• ‘Smeerde’ het heelal glad en lost het probleem
van de missende monopolen op!
• ‘Werkelijke’ heelal veel groter dan wat wij zien!
• Waar dijt het heelal in uit? Onze ruimte wordt
groter, maar ‘waarin’ heeft fysisch geen betekenis

63. Wat was er voor de oerknal?
• Wat is er ten noorden van de noordpool?!
• Vraag heeft geen betekenis!
• Voor de oerknal was er geen tijd zoals wij die
beleven!!
• Maar er wordt wel gespeculeerd over
multiversum met ontelbare universums!
• De energie die in het heelal zit, is er op de één of
andere manier aan het begin ‘ingestopt’!
• Wie zich daar prettig bij voelt, mag daar de hand
van een schepper inzien, maar nodig is dat niet

64. Kunnen wij mensen alles
begrijpen?
Zijn wij mensen met onze hersenen ooit wel in staat
om dingen te begrijpen als bijvoorbeeld ‘waar houdt
het heelal op?’,‘wat was er voor de oerknal’, etc. Ik
zelf begrijp dat sowieso niet, maar ik vraag me af of
wij mensen zodanig kunnen evolueren dat onze
knapste exemplaren dit soort zaken überhaupt ooit
kunnen begrijpen en/of verklaren? Is het een kwestie
van wachten/evolueren of zullen we altijd tegen de
beperkingen van onze hersenen aanlopen?

65. Kunnen wij mensen alles
begrijpen?
Kurt Gödel, wiskundig bewijs: “Als het systeem
consistent is, kan het niet volledig zijn. (Dat is gewoonlijk
bekend als de onvolledigheidsstelling.) De consistentie van
de axioma’s kan niet bewezen worden binnen het
systeem. ”!
Dit wordt soms uitgelegd als bewijs dat wij als onderdeel
van het heelal, dat heelal nooit kunnen begrijpen. !
Toch is het bijzonder dat wij met ons huidige brein al
zover gekomen zijn. Je kunt ook zeggen dat wij het middel
zijn van het heelal om zichzelf te begrijpen…

66. Hoe verder met hobby?
• Een eigen kijker? → www.sterrenkijker.nl!
• Boeken en tijdschriften:
- Zenit
- Sterren & Planeten
- Sterrengids !
• Veel actueel nieuws on-line:
- www.astronieuws.nl
- www.allesoversterrenkunde.nl
- www.space.com
- hubblesite.org
- www.eso.org/public/netherlands/

67. Hoe verder met hobby?
• Verenigingen:
KNVWS - afdelingen, werkgroepen,
landelijke bijeenkomsten, symposia
www.sterrenkunde.nl/knvws/!
• In Utrecht - Sterrenkundige Kring Minnaert:
lezingen, kijkavonden, excursies
www.kringminnaert.nl!
• Forum: www.astroforum.nl!
• Wordt vrijwilliger bij Sonnenborgh
(of een andere sterrenwacht)!
• Wordt lid vanVrienden van Sonnenborgh - blad
voor donateurs en soms bijzondere activiteiten
www.sonnenborgh.nl

68. Nog vragen?
Winkel gaat zo open
!
Bekijk het nog eens via
www.sonnenborgh.nl/cursus