J.W. van Holten Metius, 31-10-2008 Structuur en evolutie van de kosmos.

Presentatie over: "J.W. van Holten Metius, 31-10-2008 Structuur en evolutie van de kosmos."— Transcript van de presentatie:

1 J.W. van Holten Metius, 31-10-2008 Structuur en evolutie van de kosmos

2 Ingredienten voor een heelal - straling: R ö ntgen, licht, microgolf, radio - materie: gas, sterren, neutrino ’ s - onzichtbare componenten: donkere materie, energie - ruimte en tijd - magneetvelden

3 Materie elektron kern (licht, negatief geladen) (massief, positief geladen) bestaat uit baryonen (nucleonen) 1 Å = 10 -10 m

4 Atoomkern proton neutron (positief geladen) (elektrisch neutraal) 1 fm = 10 -15 m kernkrachten >> elektrische (Coulomb) krachten (gebonden toestand van baryonen)

5 Neutrino’s: product van zwakke wisselwerkingen n p B.v.: ß - verval: m > m + m + m n pe e _

6 Baryonen, elektronen in gas (H, He) en sterren de melkweg centrale deel Gemiddelde dichtheid in het heelal: 1 nucleon per 5 m 3

7 Verdeling van melkwegstelsels in onze wijde omgeving

8 Omloopsnelheid van sterren in melkwegstelsels: snelheid neemt niet af naar de rand toe (Kepler: T 2 ~ R 3 ) Onzichtbare materie NGC 3198

9 Gravitatielens-effect: afbuiging van licht

10 donkere materie bestaat niet uit baryonen

11 Straling licht radio Bestaat uit lichtdeeltjes (fotonen) met energie E = hf = hc/

12 Kosmische achtergrondstraling (CMB) Microgolven: T = 2.73 K 410 fotonen/cm 3 (WMAP)

13 Afstandsbepaling in het heelal i. Parallax methode Definitie: d = 1 parsec als  = 1 boogseconde  1 parsec = 3.26 lichtjaar = 3.09 x 10 13 km

14 ii. Variabele sterren a. Cepheiden Henriette Leavit (1912) - van groot aantal parallax en helderheid bekend - statistisch verband periode vs. helderheid

15 1923: E. Hubble ontdekt cepheiden in M31 (Andromeda) Afstand: 2.5 miljoen lichtjaar  er zijn melkwegstelsels buiten het onze

16 b. Supernovae Thermo-nucleaire explosie/implosie van een ster Supernova Ia: sterke correlatie duur en piek-helderheid SN 94b (NGC 4526)

17 iii. Roodverschuiving Doppler effect: Roodverschuivingsparameter z : Hubble (1929): roodverschuiving evenredig met afstand

18 Wet van Hubble Supernova metingen tot z ≈ 0.3 H 0 = 73 ± 3 km/sec/Mpc

19 Het uitdijende heelal - Alle melkwegstelsels bewegen met toenemende snelheid van elkaar af - hoe verder je het heelal in kijkt, hoe verder terug in de tijd - het licht dat het langst onderweg is geweest is het meest naar rood verschoven (langere golflengte)

20 Verste melkwegstelsels zichtbaar met HST: Z ~ 6 - 7

21 Verdeling van melkwegstelsels Op schaal > 100 Mpc: homogeen en isotroop

22 Kosmische achtergrondstaling T = 2.73 K ∆T/T ~ 10 -5 Homogeen en isotroop Neutraal waterstof gevormd bij T = 3200 K  z = 1100, 13.7 miljard jaar geleden

23 Geen uitdijing Constante uitdijing Versnelde uitdijing Kosmische uitbreiding van lichtsignalen

24 Hoge z supernova metingen  Versnelde expansie

25 Vacuumenergie Versnelde expansie  negatieve druk: kosmos wint energie door uitzetting Dit is mogelijk als de lege ruimte een constante energie per volume-eenheid bezit: vacuumenergie (Einstein’s kosmologische constante)

26 Meetkunde van de ruimte Ω 0 = gemiddelde energiedichtheid van het heelal in termen van de kritische energiedichtheid

27  0 = 1   =  c = = 5.2 GeV/m 3 Energiebudget van het heelal (nu): - fotonen:   = 0.00005  c  baryonen:  B = 0.04  c - vacuum:  v = 0.74  c - onzichtbare materie:  dm = 0.22  c (waarvan neutrino’s:   ~ 0.001  c ) 3c 2 H 0 2 8π8π

28 Waarnemer in W (blauw) n melkwegstelsel van massa m per eenheid volume Energiebalans van melkwegstelsel O (rood): E = 1 / 2 mv 2 - GmM R Hubble: v = H 0 R Totale massa: M = R 3 nm 4π4π 3 = H 0 2 - nmc 2 = H 0 2 -    c = 2E mR 2 8 πG 3c 2 8 πG 3c 2 3c 2 H 0 2 8 πG

29 Evolutie van het energiebudget -Dichtheid van baryonen en fotonen neemt af met toenemend volume van het heelal  n ~ 1/volume ~ 1/a 3 -De (rust)energie van baryonen blijft hetzelfde bij toenemend volume van het heelal   m ~ 1/volume ~ 1/a 3 -Aantal en energie van fotonen neemt af met toenemend volume van het heelal (roodverschuiving)   r ~ 1/a 4 -De vacuumenergie is onafhankelijk van het volume van het heelal   v = constant.

30 Evolutie en cross-over materie/straling/vacuumenergie als functie van de schaal van de kosmos

31 Samenstelling van het heelal  Nu (z = 0, T = 2.73 K)  Ontkoppeling kosmische achtergrondstraling (z = 1100, T = 3200 K)

32

33 Versnelde expansie van de kosmos