• Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
194
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2

Actions

Shares
Downloads
6
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. DE EERSTE STERRENDE EERSTE STERRENWat weten we van de eerste sterrenWat weten we van de eerste sterrendie in het heelal ontstonden;die in het heelal ontstonden;wat waren dat voor objectenwat waren dat voor objectenen wat was hun levensloop ?en wat was hun levensloop ?C. de JagerC. de Jager
  • 2. Vraag vooraf:Vraag vooraf:Waar en hoe ontstaan sterren?Waar en hoe ontstaan sterren?
  • 3. Antwoord: in spiraalarmen vanAntwoord: in spiraalarmen vanmelkwegstelsels (galaxies)melkwegstelsels (galaxies)
  • 4. Een melkwegstelselEen melkwegstelsel• Omvat een massa van ongeveer 0,1Omvat een massa van ongeveer 0,1miljard tot ruim biljoen maal de zonmiljard tot ruim biljoen maal de zon• Afmetingen tienduizenden tot honderd-Afmetingen tienduizenden tot honderd-duizenden lichtjarenduizenden lichtjaren• Bevatten vaak spiraalarmenBevatten vaak spiraalarmen• Deze armen bevatten (jonge) sterren enDeze armen bevatten (jonge) sterren enveel gasveel gas
  • 5. Het mechanismeHet mechanisme• Die armen bevatten veel gas; gasmassa’s die al dichtDie armen bevatten veel gas; gasmassa’s die al dichtgenoeg zijn klonteren verder samengenoeg zijn klonteren verder samen• Dit laatste gebeurt door onderlinge (zwaartekracht-)Dit laatste gebeurt door onderlinge (zwaartekracht-)aantrekking van het gas:aantrekking van het gas: gravitatiecontractiegravitatiecontractie• Dit samentrekken wordt tegengegaan als het gas, alDit samentrekken wordt tegengegaan als het gas, alkrimpend, heter wordt waardoor dekrimpend, heter wordt waardoor de drukdruk toeneemttoeneemt• Deze druk: gasdruk plus stralingsdrukDeze druk: gasdruk plus stralingsdruk• OokOok rotatierotatie verhindert te extreem samenklonterenverhindert te extreem samenklonteren• Tegenkrachten kunnen zo leiden totTegenkrachten kunnen zo leiden tot fragmentatiefragmentatie• Dus: een subtiel spel van krachten en tegenkrachten,Dus: een subtiel spel van krachten en tegenkrachten,waaruit ten slotte sterren kunnen ontstaanwaaruit ten slotte sterren kunnen ontstaan
  • 6. Geen zwaardere sterren dan ca. 60 totGeen zwaardere sterren dan ca. 60 tot80 maal de massa van de zon80 maal de massa van de zon• Twee oorzaken waardoor buitenlagen van eenTwee oorzaken waardoor buitenlagen van eennog zwaardere ster worden weggeblazennog zwaardere ster worden weggeblazen• 1. stralingsdruk van een hete ster blaast gas1. stralingsdruk van een hete ster blaast gasweg, de ruimte inweg, de ruimte in• 2. Bij koele sterren is het veld van schokgolven,2. Bij koele sterren is het veld van schokgolven,door turbulente bewegingen opgewekt, eendoor turbulente bewegingen opgewekt, eenandere kracht die gas doet ontsnappenandere kracht die gas doet ontsnappen• Dat bepaalt de grootste massa die een ster kanDat bepaalt de grootste massa die een ster kanhebben; die ligt tussen 60 en 80 maal de zonhebben; die ligt tussen 60 en 80 maal de zon
  • 7. Massale stervorming (geboortegolf) bij botsing vanMassale stervorming (geboortegolf) bij botsing vantwee galaxies (Het Antenne stelsel)twee galaxies (Het Antenne stelsel)
  • 8. HET BEGIN VAN HETHET BEGIN VAN HETHEELALHEELALDeDe oerknaloerknal duidt op explosiefduidt op explosiefbegin van het heelal; debegin van het heelal; dewaargenomenwaargenomen expansiewetexpansiewet
  • 9. DeDe wet van Hubblewet van Hubble: een object op 160 miljoen parsec: een object op 160 miljoen parsecafstand loopt van ons weg met 10.000 km per seconde; opafstand loopt van ons weg met 10.000 km per seconde; op500 miljoen parsec is die snelheid 30 000 km/s, enz.500 miljoen parsec is die snelheid 30 000 km/s, enz.
  • 10. Wet van Hubble: explosieWet van Hubble: explosie• De expansiewet toont wat er gebeurt als ietsDe expansiewet toont wat er gebeurt als ietsexplodeert.explodeert.• Wij zijn deel van het heelal: wij exploderen meeWij zijn deel van het heelal: wij exploderen mee• De snelste en de traagste objecten lopen hetDe snelste en de traagste objecten lopen hetsnelst van ons wegsnelst van ons weg• Dit staat toe de ouderdom van het heelal teDit staat toe de ouderdom van het heelal tebepalen: 13,7 miljard jarenbepalen: 13,7 miljard jaren• Zo lang geleden vond deZo lang geleden vond de oerknaloerknal plaatsplaats
  • 11. Aanvankelijk ondoorzichtigAanvankelijk ondoorzichtig• Het gas dat na de oerknal ontstond wasHet gas dat na de oerknal ontstond wasaanvankelijk heelaanvankelijk heel dichtdicht enen heetheet• EnEn ondoorzichtigondoorzichtig tengevolge van detengevolge van dedichtheid en de hoge temperatuurdichtheid en de hoge temperatuur• Na ~ 350 000 jaar was de temperatuurNa ~ 350 000 jaar was de temperatuurgezakt tot beneden 8 000 graden.gezakt tot beneden 8 000 graden.• Vanaf toen was het heelal doorzichtigVanaf toen was het heelal doorzichtig(oorzaak: recombinatie van waterstof)(oorzaak: recombinatie van waterstof)
  • 12. Ver kijken = terugkijken; het verste ‘oppervlak’ datVer kijken = terugkijken; het verste ‘oppervlak’ datwe zien is dat van 350 000 jaar na de oerknalwe zien is dat van 350 000 jaar na de oerknal
  • 13. Een vraag: Bestonden toenEen vraag: Bestonden toenmelkwegstelsels, of is daar iets te zien vanmelkwegstelsels, of is daar iets te zien vande vorming van melkwegstelsels?de vorming van melkwegstelsels?• Het antwoord: zoek naar het begin vanHet antwoord: zoek naar het begin vanklonteringklontering• Met andere woorden: zien we helderheidsMet andere woorden: zien we helderheidsfluctuaties in de achtergrondstraling?fluctuaties in de achtergrondstraling?• Of: zien we temperatuur fluctuaties?Of: zien we temperatuur fluctuaties?
  • 14. Hemelkaart: temperatuurfluctuaties bovenHemelkaart: temperatuurfluctuaties boven0,001 graad aangeduid door kleurverschillen0,001 graad aangeduid door kleurverschillen
  • 15. Nu kijken we fijner: er zijnNu kijken we fijner: er zijn heel kleineheel kleinefluctuaties! De grootste zijn 0,0002 Kfluctuaties! De grootste zijn 0,0002 K
  • 16. Vorming van protogalaxiesVorming van protogalaxies• Die kleine temperatuurverschillen duidenDie kleine temperatuurverschillen duidenop kleine afwijkingen van homogeniteitop kleine afwijkingen van homogeniteit• Deze dichtheidfluctuaties zijn klein maarDeze dichtheidfluctuaties zijn klein maarblijkenblijken juist voldoendejuist voldoende om tot de eersteom tot de eerstesamenklonteringen te leidensamenklonteringen te leiden• Dit worden deDit worden de protogalaxiesprotogalaxies: voorlopers: voorlopersvan de latere melkwegstelselsvan de latere melkwegstelsels• Hoe zwaar zijn die protogalaxies?Hoe zwaar zijn die protogalaxies?
  • 17. Belangrijke grootheid: de Jeans massaBelangrijke grootheid: de Jeans massa• Gas heeft een temperatuur en dichtheidGas heeft een temperatuur en dichtheid• Vraag: Hoeveel van dit gas moet ik bijeenVraag: Hoeveel van dit gas moet ik bijeenhebben opdat de aantrekking voldoendehebben opdat de aantrekking voldoendegroot is om het verder te doengroot is om het verder te doensamenklonteren? (tegen de uitwaartssamenklonteren? (tegen de uitwaartsgerichte gasdruk in)gerichte gasdruk in)• Dit leidt tot het begrip:Dit leidt tot het begrip: Jeans massaJeans massa
  • 18. Jeans massaJeans massaDe hoeveelheid gas die – bij gegevenDe hoeveelheid gas die – bij gegeventemperatuur en druk –temperatuur en druk – minstensminstens bijeenbijeenmoet zijn om te kunnenmoet zijn om te kunnensamenklonterensamenklonteren
  • 19. DeDe Jeans dichtheidJeans dichtheid is bij gegeven temperatuur deis bij gegeven temperatuur deminimale dichtheid die nodig is om te kunnenminimale dichtheid die nodig is om te kunnensamentrekken; de corresponderende minimalesamentrekken; de corresponderende minimalemassa is demassa is de Jeans massaJeans massa(bedenk: de lucht in deze kamer : ~ 0,001 g/cm(bedenk: de lucht in deze kamer : ~ 0,001 g/cm33))
  • 20. Enkele voorbeelden in hetEnkele voorbeelden in hetuitdijende heelaluitdijende heelal• Toen het heelal 50 maal jonger was dan nuToen het heelal 50 maal jonger was dan nu(leeftijd 270 miljoen jaar) was de Jeans massa(leeftijd 270 miljoen jaar) was de Jeans massa20 000 zonsmassa’s20 000 zonsmassa’s• 30 maal jonger (460 miljoen jaar): 10 00030 maal jonger (460 miljoen jaar): 10 000zonsmassa’szonsmassa’s• 10 maal jonger (1,37 miljard jaar): 300010 maal jonger (1,37 miljard jaar): 3000zonsmassa’szonsmassa’s• De Jeans massa wordt met de tijd dus kleinerDe Jeans massa wordt met de tijd dus kleiner
  • 21. De kernvraag:De kernvraag:KanKan het gas wel samentrekken? Om tehet gas wel samentrekken? Om tekunnenkunnen samentrekken moet het gassamentrekken moet het gasongestoordongestoord naar binnen kunnen vallennaar binnen kunnen vallen
  • 22. Vergelijk tijdschalenVergelijk tijdschalen• DeDe vrije-val tijdvrije-val tijd is de tijd gedurende welke gasis de tijd gedurende welke gaszonder botsingen valt; de vrije-val afstandzonder botsingen valt; de vrije-val afstand• Als het ten slotte botst ontstaat een drukgolf, dieAls het ten slotte botst ontstaat een drukgolf, dienaar buiten loopt; deze golf stuit het verdernaar buiten loopt; deze golf stuit het verdersamentrekkensamentrekken• DeDe drukgolf-tijd :drukgolf-tijd : de tijd die een drukgolf nodigde tijd die een drukgolf nodigheeft om de vrije-val afstand af te leggen.heeft om de vrije-val afstand af te leggen.• Samenklonteren wanneer drukgolf-tijd langer isSamenklonteren wanneer drukgolf-tijd langer isdan de vrije-val tijd.dan de vrije-val tijd.
  • 23. De vorming van protogalaxiesDe vorming van protogalaxies• StreepjeslijnStreepjeslijn: Jeans massa in de: Jeans massa in detijdtijd• De tweeDe twee andere lijnenandere lijnen: twee: tweeberekeningen voor waar de vrije-berekeningen voor waar de vrije-val tijd en drukgolf tijd gelijk zijnval tijd en drukgolf tijd gelijk zijn• ConclusieConclusie: tussen 300 en 500: tussen 300 en 500miljoen jaar na de oerknalmiljoen jaar na de oerknalontstaan de eerste protogalaxiesontstaan de eerste protogalaxies• Massa: ca. 10 000 zonsmassa’sMassa: ca. 10 000 zonsmassa’s
  • 24. Dus: Kleine massa van protogalaxiesDus: Kleine massa van protogalaxies• Kleine massa omdat het gas slecht af konKleine massa omdat het gas slecht af konkoelen; het bestond slechts uit atomen vankoelen; het bestond slechts uit atomen vanwaterstof en helium; die gassen stralen slechtwaterstof en helium; die gassen stralen slecht• Maar langzaam vormen zich HMaar langzaam vormen zich H22 moleculenmoleculen• De fractie is 0,001 tot 0,000 1; dat is alDe fractie is 0,001 tot 0,000 1; dat is alvoldoende om afkoeling te bewerkstelligenvoldoende om afkoeling te bewerkstelligen• Bij afkoeling kan protogalaxie verder groeien;Bij afkoeling kan protogalaxie verder groeien;eindwaarde, ca. 600 miljoen jaar na de oerknal,eindwaarde, ca. 600 miljoen jaar na de oerknal,is 1 tot 10 miljoen zonsmassa’sis 1 tot 10 miljoen zonsmassa’s
  • 25. Kleine massa !Kleine massa !• Ons eigen melkwegstelsel heeft een massaOns eigen melkwegstelsel heeft een massatussen 100 tot 1000 miljard maal de zonsmassatussen 100 tot 1000 miljard maal de zonsmassa• Gebruikelijke massa’s liggen tussen 0,1 miljardGebruikelijke massa’s liggen tussen 0,1 miljardtot 1000 miljard zonsmassa’stot 1000 miljard zonsmassa’s• Dus: 1 tot 10 miljoen is nog erg klein voor eenDus: 1 tot 10 miljoen is nog erg klein voor eenmelkwegstelselmelkwegstelsel• Vandaar de naam:Vandaar de naam: protoprotogalaxiesgalaxies• KUNNEN WE DEZE OBJECTEN ZIEN ?KUNNEN WE DEZE OBJECTEN ZIEN ?
  • 26. Hubble telescoop: oudste stelselsHubble telescoop: oudste stelselsgezien op 12 - 13 miljard lichtjarengezien op 12 - 13 miljard lichtjaren
  • 27. Subaru telescoop ziet ver objectSubaru telescoop ziet ver object(IOK-1) op afstand van 12,9 Glj(IOK-1) op afstand van 12,9 Glj
  • 28. Een kosmische lens: de groep Abell 1835Een kosmische lens: de groep Abell 1835De ‘streepjes’: ‘afbeelding’ van achter liggend stelselDe ‘streepjes’: ‘afbeelding’ van achter liggend stelsel
  • 29. Eén ervan nader bezien: een stelsel op 13,2 (?)Eén ervan nader bezien: een stelsel op 13,2 (?)miljard lichtjaar; is dat protogalaxie?miljard lichtjaar; is dat protogalaxie? (Hubble + Spitzer)(Hubble + Spitzer)
  • 30. Vorming van zwaardere stelselsVorming van zwaardere stelsels• Direct na het ontstaan van protogalaxiesDirect na het ontstaan van protogalaxiesonderlinge botsingen, gevolgd dooronderlinge botsingen, gevolgd doorsamensmeltensamensmelten• Dit gebeurt – in veel mindere mate – nogDit gebeurt – in veel mindere mate – nogsteeds (zie het Antennestelsel)steeds (zie het Antennestelsel)• Zal vroeger veel frequenter plaatsZal vroeger veel frequenter plaatsgevonden hebbengevonden hebben
  • 31. Over ca. 3 miljard jaar zal ons eigenOver ca. 3 miljard jaar zal ons eigenmelkwegstelsel samensmelten met datmelkwegstelsel samensmelten met datin Andromedain Andromeda
  • 32. De vorming van sterrenDe vorming van sterrenTerug naar het onderwerp:Terug naar het onderwerp:wanneer en hoe ontstonden dewanneer en hoe ontstonden deeerste sterren?eerste sterren?
  • 33. In de eerste galaxies:In de eerste galaxies: stervormingstervormingdoor fragmentatiedoor fragmentatie• Vele oorzaken kunnen leiden totVele oorzaken kunnen leiden totfragmentatie:fragmentatie:• Kleine temperatuurfluctuaties kunnenKleine temperatuurfluctuaties kunnen
  • 34. Slechts geringe fragmentatieSlechts geringe fragmentatie• Vele berekeningen gemaakt; ze tonen:Vele berekeningen gemaakt; ze tonen:• Fragmentatie komt in protogalaxies niet opFragmentatie komt in protogalaxies niet opgrote schaal voorgrote schaal voor• Er vormen zich enkeleEr vormen zich enkele zwarezware fragmenten:fragmenten:enkele honderden zonsmassa’senkele honderden zonsmassa’s• Deze groeien verder tot ca. duizendDeze groeien verder tot ca. duizendzonsmassa’s door ‘accretie’: gas uit dezonsmassa’s door ‘accretie’: gas uit deomgeving valt op het fragmentomgeving valt op het fragment
  • 35. De eerste sterren waren giganten !De eerste sterren waren giganten !• Zo ontstaan de eerste sterren: honderden totZo ontstaan de eerste sterren: honderden totduizend malen zo zwaar als de zonduizend malen zo zwaar als de zon• Lichtsterkte: miljoen tot miljard maal de zonLichtsterkte: miljoen tot miljard maal de zon• Zo zware sterren konden toen bestaan omdat zeZo zware sterren konden toen bestaan omdat zeuit zuiver waterstof en helium bestonden:uit zuiver waterstof en helium bestonden:doorzichtig gas,doorzichtig gas, zwakke stralingsdrukzwakke stralingsdruk• NuNu worden ze niet meer zo zwaar omdat hunworden ze niet meer zo zwaar omdat hungas ‘verontreinigd’ is met zwaardere elementen;gas ‘verontreinigd’ is met zwaardere elementen;die hebben grotere stralingsdrukdie hebben grotere stralingsdruk
  • 36. Verdere levensloop:Verdere levensloop:• Zo’n zware ster, slechts bestaand uit waterstofZo’n zware ster, slechts bestaand uit waterstofen heliumgas zal kort levenen heliumgas zal kort leven• Voorbeeld: ster van 100 zonsmassa’s leeft nietVoorbeeld: ster van 100 zonsmassa’s leeft nietlanger dan 1 – 3 miljoen jaar; ster van 1000langer dan 1 – 3 miljoen jaar; ster van 1000zonsmassa’s leeft 10 000 – 30 000 jaar.zonsmassa’s leeft 10 000 – 30 000 jaar.• Stort daarna ineen; wordtStort daarna ineen; wordt hypernovahypernova• Sterkern wordtSterkern wordt zwart gatzwart gat
  • 37. Wat daarna gebeurt bepaalt hetWat daarna gebeurt bepaalt hetkarakter van ons heelalkarakter van ons heelal• In omhulling van de exploderende sterIn omhulling van de exploderende sterworden zwaardere elementen gevormdworden zwaardere elementen gevormd• Het uitgestoten gas verspreidt zichHet uitgestoten gas verspreidt zich• Dit gas is voedingsmaterie voor nieuwe,Dit gas is voedingsmaterie voor nieuwe,minder zware sterrenminder zware sterren• Zo wordt heelal verrijkt aan zwareZo wordt heelal verrijkt aan zwareelementen; gevolg:elementen; gevolg: kleinere sterrenkleinere sterren• Anders was hier hetAnders was hier het levenleven nooit ontstaannooit ontstaan
  • 38. Super- en hypernovaeSuper- en hypernovaeHet dramatische einde vanHet dramatische einde vansterrensterren
  • 39. Een ‘gewone’ supernova: helder als miljardEen ‘gewone’ supernova: helder als miljardzonnen (de grote stip in bovendeel)zonnen (de grote stip in bovendeel)
  • 40. GRB 980425: ineenstortende zeer zwareGRB 980425: ineenstortende zeer zwarester werd ‘hypernova’ster werd ‘hypernova’(helderheid ca. 10 tot 100 miljard maal zon)(helderheid ca. 10 tot 100 miljard maal zon)
  • 41. GRB030329: helder als biljoen zonnenGRB030329: helder als biljoen zonnen
  • 42. Bron van de sterkste gammastralingstoot ooitBron van de sterkste gammastralingstoot ooit16 september 2008; afstand 12,2 miljard lichtjaren16 september 2008; afstand 12,2 miljard lichtjaren
  • 43. Recent werkRecent werkComputerberekeningen overComputerberekeningen overbeginnende sterrenbeginnende sterrenAansluitende waarnemingenAansluitende waarnemingen
  • 44. Computer berekeningen tonen het heelal na 590 miljoenComputer berekeningen tonen het heelal na 590 miljoenjaar. Witte puntjes zijn de melkwegstelselsjaar. Witte puntjes zijn de melkwegstelsels
  • 45. En na een miljard jaar. Rood en geel zijn de eerste sterrenEn na een miljard jaar. Rood en geel zijn de eerste sterren(geel helderder dan rood)(geel helderder dan rood)
  • 46. En na 1,9 miljard jaarEn na 1,9 miljard jaar
  • 47. De Spitzer telescoop toontDe Spitzer telescoop toontwaarnemingen van eerste sterrenwaarnemingen van eerste sterren
  • 48. Wat dit plaatje toont:Wat dit plaatje toont:• Spitzer telescoop kijkt in infrarood lichtSpitzer telescoop kijkt in infrarood licht• Ziet daardoor objecten in licht dat naar hetZiet daardoor objecten in licht dat naar hetverre infrarood verschoven is; gevolg vanverre infrarood verschoven is; gevolg vangrote verwijderingsnelheidgrote verwijderingsnelheid• Neemt vrij scherp waarNeemt vrij scherp waar• Grijs: weggewerkte ‘voorgrond’ sterrenGrijs: weggewerkte ‘voorgrond’ sterren• Lichte gloed: de eerste sterren. Blijken totLichte gloed: de eerste sterren. Blijken tot1000 maal zo zwaar als de zon1000 maal zo zwaar als de zon
  • 49. Links: het Spitzer plaatje; rechts: de voorgrond sterrenLinks: het Spitzer plaatje; rechts: de voorgrond sterren
  • 50. Samengevat: het tijdsverloopSamengevat: het tijdsverloop• 0,35 miljoen jaar: heelal wordt doorzichtig0,35 miljoen jaar: heelal wordt doorzichtig• 400 miljoen jaar: eerste protogalaxies400 miljoen jaar: eerste protogalaxies• 500 miljoen jaar: eerste sterren, honderden tot duizend500 miljoen jaar: eerste sterren, honderden tot duizendmalen zo zwaar als de zonmalen zo zwaar als de zon• 600 miljoen jaar: eerste wat grotere melkwegstelsels600 miljoen jaar: eerste wat grotere melkwegstelsels• Vanaf 1 à 2 miljard jaar: eerste ‘gewone’ sterrenVanaf 1 à 2 miljard jaar: eerste ‘gewone’ sterren
  • 51. Deze presentatie is na teDeze presentatie is na telezenlezenZieZie www.cdejager.comwww.cdejager.comGa naar: presentatiesGa naar: presentaties