10 2-eerste-melkwegstelsels

1,000 views
845 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
1,000
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3
Actions
Shares
0
Downloads
4
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

10 2-eerste-melkwegstelsels

  1. 1. Wanneer ontstonden sterren en stergroepen inhet vroege heelal?Groeiende melkwegstelsels en massalestergeboortenC. de Jager
  2. 2. ONS HEELALSamenvatting van enkele belangrijkeeigenschappen in vijf reuzenstappen
  3. 3. (1) Biljoenen sterren op één plaatje
  4. 4. Hoezo? We zien toch maar eenhonderdtal sterren?Op deze foto: Een honderdtal sterren en vele tientallenmelkwegstelsels. Een melkwegstelsel bevat ca. 100miljard sterren. En dan is er ook nog tien maal zoveelmassa aan ‘donkere materie’.
  5. 5. Het melkwegstelsel M100 in detail(afstand is 56 miljoen lichtjaren)
  6. 6. Het centrale deel van M100. Spiraalarmen metdaarin groepen van vele jonge sterren (de blauwe stippen)
  7. 7. Stervorming in despiraalarmenOpeenhopingen van gas leiden doorsamenklontering enzwaartekrachtaantrekking tot de vormingvan sterren
  8. 8. (2) Een omvangrijk heelal: dieper in de ruimtezien we ontelbaar vele andere stelsels
  9. 9. Coma cluster – omvat duizendenmelkwegstelsels. Afstand: 320 miljoen lichtjaren
  10. 10. Deel van de hemel; elk puntje een stelsel(Sloan Digital Sky Survey)
  11. 11. (3) Het heelalexpandeertEn dat gebeurt zelfs versneld!
  12. 12. De wet van Hubble (N.B. een parsec (pc) is 3,26lichtjaren = 30 biljoen km)
  13. 13. Het heelal expandeert zelfsversneld
  14. 14. (4) Als het heelal uitzet dan moethet een begin gehad hebbenDat klopt: Het heelal ontstond 13,8 miljard jarengeleden(Dit is de laatste waarde voor de ouderdom van het heelal; tot voorkort namen we aan dit 13,7 miljard jaren was)
  15. 15. Het heelal ontstond in deoerknalBij de oerknal ontstonden ruimte, tijd en materie uit het niets.Daarvóór was er geen ruimte, en evenmin bestonden materie entijd.Hoe dit gebeurde? Misschien door een instabiliteit van hetabsolute vacuüm (Het Casimir-Polder effect) ?
  16. 16. Planck ‘episode’, oerknal: 10-43 sec; temperatuurT = 1032 KInflatie begint: 10-35 sec; T = 1028 K (korte, hevigeexpansie van de ruimte met snelheid 1000 biljoen lichtjaar/seconde)Inflatie eindigt: 10-32 sec; T = 1027 K (heelal is nu zogroot als een voetbal)Baryogenese (= ontstaan van zware atomairedeeltjes: protonen en neutronen): 10-6 sec; 1013 KVorming lichtste vier atoomkernen: 300 s; 109 KNa de oerknal nam de temperatuur snelaf; hieronder de eerste 300 seconden
  17. 17. (5) Aanvankelijk was het heelaleen hete ondoorzichtige massaDat bleef zo tot door samenvoegen van elektronen metprotonen het heelal bestond uit de neutrale gassenwaterstof en helium. Dit gas is doorzichtig.Dit laatste gebeurde toen de temperatuur gezakt was totonder ca. 4000 graden. Vanaf toen was het heelaldoorzichtig
  18. 18. Na ca. 400 000 jaar werd het heelal doorzichtig;de temperatuur was toen ca. 4000 K
  19. 19. We kunnen terugkijken tot het gebiedwaar af de materie ondoorzichtig is(verder terugkijken kan niet)Dat gebied loopt van ons weg met een snelheiddie dicht ligt bij die van het licht. Ditweglopende grensgebied heeft een temperatuurvan ca. 4000 K Maar zien we hem ook zo heet?
  20. 20. De straling van een lichaam met temperatuur T is maximaalbij een golflengte die we nu L zullen noemen.De verschuivingswet van Wien zegt L x T = 2,9 mmEen lichaam met T = 2900 straalt dus maximaal bij eengolflengte L = 1 micron (0,001 mm)Licht loopt met lichtsnelheid (300 000 km/s); dus er zijn indit geval 300 biljoen trillingen per secondeMaar nu loopt dit lichaam van ons vandaan met grotesnelheid ; in dit geval wordt de golflengte ca. duizend maaluitgerekt en de temperatuur wordt navenant lager.We moeten nu wat rekenen
  21. 21.  Het vroege heelal bleef ondoorzichtig tot ca. 400 000 jaarna de oerknal Het had toen een temperatuur van ca. 4000 K Maar als gevolg van de roodverschuiving zien we diestraling nu met een golflengte van rond 1 mm en daarbijhoort een temperatuur van 2,7 K Om die zwakke straling te kunnen ‘zien’ moet onze‘kijker’ nog veel kouder zijn Zo met het instrument sterk afgekoeld worden - tot dichtbij het absolute nulpunt ! Recente ruimte-instrumenten zijn daarop gebaseerdHet resultaat
  22. 22. Stervorming in gasrijkegebiedenDe armen van melkwegstelsels bevatten veel gas. Dat kan onderinvloed van de zwaartekracht samenklonteren en zo ontstaansterren. We illustreren dit in het volgende
  23. 23. Veel ontdekkingen zijn gedaan met de Hubbleruimte telescoop
  24. 24. Een groep blauwe, dus jonge sterren in ons eigenmelkwegstelsel: sterren ontstaan in groepen
  25. 25. Het gebied 1C299. Sterke concentratievan stofwolken leidt tot stervorming
  26. 26. NGC 6559: Rode emissienevels verraden stralendwaterstofgas. Atomair kleine gasdeeltjes om een hete sterweerkaatsen blauwachtig licht: een reflectienevel
  27. 27. Excessieve stervorming in Orion. Dit is hetgrootst bekende gebied van stervorming met ca. 400‘protosterren’ – ook stralend waterstofgas
  28. 28. Westerhout 44: een ander gebied vanintense stervorming
  29. 29. Stervorming in W3
  30. 30.  In een stervormend stelsel ontstaan ook zwaresterren Deze zijn heet, blauw van kleur en stralen veelultraviolet licht uit Bovendien zijn ze de bron van sterrenwind –uitstromend gas, dat met grote snelheid de ruimte invliegt Die twee verschijnselen (straling en sterrenwind)remmen de stervorming in naburige stelsels en datgebeurt tot op afstanden van 600 000 lichtjarenMaar ook: remmende werking
  31. 31. NIEUWEINSTRUMENTENEr zijn de laatste jaren instrumenten en sterrenwachten gebouwddie het bijna onmogelijke toch mogelijk maken. We besprekenenkele daarvan met hun resultaten
  32. 32. De Herschel telescoop.Onderzoeksprogramma: ontstaan van sterren. Gekoeld tot dicht bijhet absolute nulpunt
  33. 33. Details van Herschel. De telescoop werktevan 2009 tot april 2013
  34. 34. Herschel bestudeert o.m. de koude elementen vangebieden van stervorming; hier stofwolken in hetZuiderkruis
  35. 35. Gas en stof bij de hete radiobron Cygnus X1
  36. 36.  Een NASA instrument dat de radiostraling opvingdie uitgestraald werd door het vroege heelal Die straling werd dus uitgezonden; toen het heelalca. 400 000 jaar jong was; 13,76 miljard jaar geleden WMAP werkte op golflengten rond 1 mm De straling bleek uiterst homogeen te zijn verdeeldover de hemel De grootste fluctuaties in de temperatuur zijn 0,2milliKelvin; dit is dus ruwweg een-tienduizendstevan de stralingstemperatuurWe kijken nu naar het vroegste heelal: WMAP –De Wilkinson Microwave Analyser Probe
  37. 37. Na negen jaar waarnemen wasdit het resultaat
  38. 38.  Kleine temperatuurfluctuaties Niet groter dan 0,000 2 graad Markeren die inhomogene gebieden de vorming vanmelkwegstelsels; m.a.w. mogen we het begin vanmelkwegstelsels zoeken in die minuscule fluctuaties? Dit blijkt inderdaad te kunnen Maar verder onderzoek is wel gewenstEen homogeen heelal?
  39. 39. Europa wil het beter doen: ESA’s Planckobservatorium was ook gericht op de beginfasevan het heelal; missie duurde van 2008 tot april 2013
  40. 40.  Planck kan meten op 9 frequenties tussen 30 en 850GHz Dit komt overeen met golflengten tussen 1 mm en0,04 mm Met Wien rekenen we uit dat dit de golflengten zijnwaar straling van 2,9 tot 70 K de maximale sterktebereikt Om dit te kunnen meten werd het instrument metvloeibaar helium afgekoeld tot 0,1 KVele golflengten
  41. 41.  Planck werd gelanceerd in mei 2009 Werd naar het tweede libratiepunt van het aarde-zonsysteem gebracht: 1,5 miljoen km achter de aarde, van dezon uit gezien Februari 2010: eerste overzicht van de hele hemel voltooid In februari 2013 tweede gedetailleerde overzicht voltooid.Zo hebben we nu een volledige, zeer gedetailleerde kaartvan de vroege kosmos verkregen (gepubliceerd 21-03-’13) In april 2013 was alle helium verdampt en dat betekendehet eind van Planck’s productieve leven; de satelliet werdop een verre baan het zonnestelsel in gezondenEen korte geschiedenis
  42. 42. Het ALMAobservatoriumHoog in de Chileense bergen
  43. 43. Begin 2013 werd het internationaleALMA radio-observatorium geopend
  44. 44. Samenwerking ESO, USA, oost-Azië. Locatie: 5000 mhoog in de noordelijke Andes. Einddoel is 66antennes en één grotere 12 m antenne
  45. 45.  ALMA wil iets soortgelijks als Planck maar meet met deradiotechniek. Maar .. in het sub-millimeter golflengtegebied is de absorptie door waterdamp zeer groot In de woestijn van Atacama is de lucht extreem droog,vooral in de ijle lucht op die hoogte Dat maakt deze bijzondere waarnemingen mogelijk De vele ontvangers maken interferometrie mogelijk en datleidt tot een grote gedetailleerdheid Zo kunnen we een scherp beeld krijgen van hetonderzochte deel van het heelalWaarom die extreme hoogte?
  46. 46. Resultaten, verkregen door dediverse instrumentenVeel nieuwe waarnemingen van Geboortegolf stelsels: (‘starburstgalaxies’): dit zijn melkwegstelsels waarin op grote schaal sterrenworden gevormd
  47. 47.  Ze geven aanleiding tot de geboorte van honderden totvele duizenden sterren per jaar (vgl. ons melkwegstelsel:ca. 1 ster per jaar) Ook daardoor stralen ze tot duizend malen sterker danons eigen melkwegstelsel Ze komen vooral voor tussen 1 en 3 miljard jaren na deoerknal (ALMA) De helft van alle sterren ontstonden in geboortegolfstelsels Dat beklemtoont het belang van het onderzoek vanstervorming in het vroege heelalGeboortegolf (starburst) stelsels
  48. 48. Verre geboorteplaats: HFLS3 starburst
  49. 49.  Ontdekt door Herschel telescoop – klein rood vlekje Nader onderzocht o.m. door de Keck telescopen,Hawaii Was bij ontdekking het verste geboortegolf stelsel Produceert 2000 maal zoveel sterren als ons eigenstelsel Heelal is daar 880 miljoen jaar oud Waren het twee stelsels of één? Bij nader onderzoek:het laatste. Maar zie de verwarrende vorm!Misschien uit twee ontstaan?HFLS3
  50. 50. HFLS3 in detail
  51. 51. Herschel ontdekte botsing vanstelsels; dat versnelt stervorming
  52. 52. Dat zal ook gebeuren met ons stelsel!Botsing met het Andromeda stelsel
  53. 53.  Bij de ontmoeting, over 3 miljard jaar, zullen desterren van beide stelsels elkaar ongehinderdpasseren staan te ver van elkaar) Maar het gas botst en comprimeert Dat is de basis van stervorming Het samengesmolten stelsel is dan een stelsel vanmassale stervorming Daarna hebben beide stelsels weinig gas meer over Dat kan het einde betekenen van stergeboorte indeze stelselsOver 3 miljard jaar
  54. 54.  Ontdekte vijf minuscule stelsels Ze staan in een bij elkaar horend groepje Snelheidsmeting toonde dat deze staan op eenafstand van 13,1 miljard lichtjaren Ze bestonden dus reeds toen het heelal pas 700miljoen jaar oud was Vermoedelijk zal ook hier samensmelten optreden,gepaard aan intensieve stervormingEen ontdekking van de Hubbletelescoop
  55. 55. De recordhouder: MACS0647-JD. 420 – 500miljoen jaar na de oerknal. Een klein object; nog in de groei?
  56. 56. Het uiteindelijke resultaat van Planck (maart 2013)
  57. 57.  We zien hier het heelal toen het ca. 380 000 jaar oud was Het beeld lijkt de hypothese van de homogene oerknalenigszins te bevestigen (het ‘standaard kosmologischmodel’ dat een homogeen en isotroop heelal onderstelt) Maar toch niet helemaal: een deel van het heelal is watkouder dan het andere deel En een nog kouder vlekje (omlijnd) Dus toch niet het standard model? Het heelal lijkt watgecompliceerder dan we dachtenOnverwachte resultaten!
  58. 58.  Een wonderlijke strook; aan de ene kant is temperatuuriets hoger is dan daaronder Die strook valt wel vrijwel samen met de ecliptica. Datgeeft te denken, maar die anomalie was al eerdergevonden met WMAP en lijkt dus wel reëel Is het koude vlekje ( omlijnd) misschien gevolg van deinvloed van een naburig heelal in het Multiversum??? Eenstoutmoedige hypothese, nader onderzoek waard! Kortom: we kunnen nu het kosmologische modelverfijnen –wat zal dat opleveren? Zie ook E. Mathlener, ZENIT, mei 2013, p. 22-23Enige details
  59. 59. Hoe ontstonden demelkwegstelsels?We bezien een doorsnede uit het meer nabije deelvan het heelal tot op een afstand van ruim 2miljard lichtjaren; onderdeel van Sloan DigitalSky Survey
  60. 60. Stelsels vooral op ’draden’ en ‘knopen’ van het netwerk.(z=0,14 betekent dat de snelheid = 0,14 maal lichtsnelheid = 42000 km/sec; komtovereen met afstand 700 Mpc= 2,3 miljard lichtjaar (zie Hubble’s grafiek))
  61. 61. We onderstellen nu dat ook in het vroege heelal deonregelmatigheden de basis zijn van de lateremelkwegstelsels. (Zag Herschel hier een geboorte ?)
  62. 62.  Een ESO consortium van 19 astronomen uit twaalfEuropese landen onderzoekt de groei vanmelkwegstelsels. Eerste voorlopige resultaten Lichtsterkte neemt toe met de tijd – d.i. metafnemende afstand tot ons; groeiende stelsels Op 11 Miljard lichtjaren: relatieve helderheid = 1 Op 8 Miljard ………………………………. = 1.8 Conclusies: stelsels groeien, vermoedelijk doorbotsingen en samensmelten. Vooral in hun jeugdDe groei van melkwegstelsels
  63. 63. Als een melkwegstelsel eenmaal bestaat vormen zichsterren op de knopen en filamenten van het gas
  64. 64.  De kleine condensaties in het primaire heelal (zie de resultaten vanWilkinson en Planck) kunnen verder samenkrimpen onder invloedvan de zwaartekracht Botsingen kunnen leiden tot samensmelten; zo ontstaan grotere stelsels In de loop van de tijd blijven de stelsels aanvankelijk groeien Vooral uit botsingen ontstaan gas-rijke melkwegstelsels. Het gas van deze stelsels klontert tezamen tot sterren En ook de zeer zware zwarte gaten die in vrijwel alle grote stelselsvoorkomen spelen een rol Stelsels met massa’s van boven ca. 300 miljard zonsmassa’s worden degeboortegolf- (starburst-) stelsels genoemd.Korte ontstaansgeschiedenis
  65. 65. Samengevat: Evolutie van het heelalSchets van de huidige resultaten
  66. 66. In woorden samengevat:De eerste melkwegstelsels ontstonden toen het heelal ca. 400 - 800miljoen jaar oud was; vele daarvan smolten tezamen tot groterestelselsDat werden gas-rijke objecten, waarin veel sterren ontstonden, totduizenden per jaarDaarin vormden zich aanvankelijk extreem zware sterren die kortleefden en die het heelal verrijkten met atomen zwaarder danwaterstof en helium
  67. 67. DANK U !Deze presentatie heeft relatie met die van eerder gegeven lezingen. Zie devolgende presentaties op deze website:1- oerknal3-eerste sterren4- evolutie melkwegstelsels

×