De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

←supernova in een ver melkwegstelsel Zwarte Gaten 10 december 2010 John Heise, SRON-Utrecht & Universiteit Utrecht tel: 088 7775727,

Verwante presentaties


Presentatie over: "←supernova in een ver melkwegstelsel Zwarte Gaten 10 december 2010 John Heise, SRON-Utrecht & Universiteit Utrecht tel: 088 7775727,"— Transcript van de presentatie:

1 ←supernova in een ver melkwegstelsel Zwarte Gaten 10 december 2010 John Heise, SRON-Utrecht & Universiteit Utrecht tel: ,

2 fundamentele vraag: Waarom valt een appel? en hoe zit dat in extreme situaties Newton wist het niet, maar beschrijft 't als een kracht, de zwaartekracht, die massa's onderling aantrekt 1. tot snelheden groter dan de lichtsnelheid 2. Wat doet licht o.i.v. zwaartekracht? Einstein wist het ook niet, maar komt met een verbeterde zwaartekracht- theorie, de Algemene Relativiteitstheorie

3 Zwaartekracht van Newton 2.wet van de zware massa De zwaartekrachtwet: appel (m) door Aarde (M, afstand R) met een kracht K (G constante) Kracht K in de richting van m naar (centrum) M

4 Newton’s zwaartekracht verklaart de planeetbanen van Kepler Bijvoorbeeld een cirkelbaan: Dichter bij de Zon  grotere kracht, die een cirkelbaan geeft bij een grotere snelheid. Probleem van de 20ste eeuw: wat als snelheid nabij de lichtsnelheid? zwaartekracht te groot, geen cirkelbaan mogelijk! bal

5 grootte van zwaartekrachtsveld: gekenmerkt door de ontsnappingssnelheid NB:Ontsnappinssnelheid is ook de snelheid waarmee iets uit de ruimte terugvalt

6 Ontsnappingssnelheid groter dan lichtsnelheid De afstand R waar ontsnappingssnelheid= lichtsnelheid heet de gravitatiestraal òf Schwarzschildstraal R

7 zet o ntsnappingssnelheid = lichtsnelheid kinetisch energieverlies = potentiele energiewinst Voor iedere massa is er een straal waarbinnen v ontsnap > c Schwarzschildstraal

8 wat is een zwart gat? “object binnen zijn eigen gravitatiestraal” is omgeven met een gebied waaruit niets kan ontsnappen (horizon, het oppervlak van een zwart gat) Schwarzschildstraal, of horizon, of oppervlak van het zwarte gat

9 Vraag aan jullie: Wat gebeurt er met de aardbaan als de zon een zwart gat zou worden? Antwoord: de zwaartekracht van de zon ter plekke van de aarde blijft hetzelfde, dus de aardbaan

10 Niet te zien, wel waarneembaar bijv. iets draait om schijnbaar niets; en/of -materie valt, wordt heet  Röntgenbron door zwaartekrachtveld vlak buiten de horizon

11 grote massa  grote Schwarzschildstraal ● 3 km voor massa zo groot als de Zon ● 3 miljard km voor M= 1 miljard Zonsmassa’s ● 1 cm voor een massa als de Aarde ● m voor een zandkorrel van 20 microgram (de zgn. Planck-massa)

12 zwarte gaten, classificatie naar massa ● superzware zwarte gaten miljoenen tot miljarden zonsmassa’s. ● stellaire zwarte gaten 1-10 zonsmassa’s. ● micro zwarte gaten kleiner dan een atoomkern;

13 beperkingen zwaartekracht van Newton er is geen goed antwoord op: beweging van licht (fotonen) bij zwaartekracht snelheden nabij de lichtsnelheid afwijking van de planeetbanen (Mercurius )

14 Albert Einstein wat doet licht in een zwaartekrachtveld? (leidt tot nieuwe zwaartekrachtheorie) 1905 lift-experiment: lift in de ruimte buiten de aarde beweegt versneld omhoog - geen verschil tussen versnelde lift en zwaartekracht (algemene relativiteitsprincipe) - licht lijkt te worden afgebogen -Einstein: licht gaat wel rechtdoor maar de ruimte en de tijd is “krom” -Nieuwe zwaartekrachttheorie (Algemene Relativiteitstheorie) ● materie veroorzaakt verandering meetkunde v/d ruimte ● licht en deeltjes (planeten) bewegen volgens “rechte lijnen” (kortste afstand) in die nieuwe meetkunde

15 gevolg 1 van Einstein’s gravitatie-theorie: afbuiging van licht aan massa Licht wordt afgebogen door massa (bijv. te zien tijdens een zonsverduistering.) In 1919 voor het eerst waargenomen

16 materie werkt als lens

17 gevolg 2 van Einstein’s gravitatie-theorie: energiebehoud van licht in zwaartekrachtsveld Materie op aarde beweegt sneller als het valt en langzamer als het omhoog gaat Maar wat doet licht? (gaat altijd met de constante lichtsnelheid)

18 gevolg 2 (vervolg): Gravitatie-roodverschuiving Licht in zwaartekrachtveld: ● energie van uittredend foton moet afnemen ● E foton = h f ( f frequentie) (h constante)  gravitatieroodverschuiving bij zwart gat is die roodverschuiving oneindig groot

19 Over de tijd De seconde is gedefinieerd als de duur van perioden van een bepaalde straling (van het cesiumatoom) Elektromagnetische straling Straling is een trilling die je kunt gebruiken als klok een seconde van zo’n atoom in een zwaartekrachtveld (gezien van verre) duurt dus langer dan zonder zwaartekracht

20 gevolg 3 van Einstein’s gravitatie-theorie: (3) klok in zwaartekrachtveld loopt langzamer klokken tikken langzamer dit heet gravitatie tijd-dilatatie Navigatie-systemen in de auto (via GPS) corrigeren voor dit effect boven in een torenflat leef je korter Dit effect is nauwkeurig gemeten in een toren van 10 meter hoog

21 Waarnemings-horizon rond zwart gat op de Schwarzschild-straal is de gravitatie-roodverschuiving oneindig groot (horizon) een instortende ster wordt steeds roder en lichtzwakker en nadert steeds langzamer tot de horizon. en verdwijnt bij de horizon

22 gevolg 4 van Einstein’s gravitatie-theorie: kleinste cirkelbaan Probleem van de 20ste eeuw: wat als snelheid niet kan toenemen nabij de lichtsnelheid? geen cirkelbaan mogelijk! Planeet valt naar het centrum! bal kleinste stabiele cirkelbaan blijkt 3x straal van de horizon horizon

23 Vraag aan jullie: Wat gebeurt er met een ruimteschip in een cirkelbaan rond een zwart gat op een afstand van bv 10x de Schwarzschild straal? Wordt-ie opgeslokt door het zwarte gat?

24 3x Schwarzschildstraal Eigenschap van een zwart gat grens aan materie in een baan eromheen

25 hoe neem je Zwarte Gaten waar? Het Zwarte Gat in centrum van de melkweg

26

27 Hoe neem je Zwarte Gaten waar? Zwarte Gat in nauwe dubbelstersystemen

28 als er gas opvalt (bijv. in nauwe dubbelsterren): Stellair Zwart gat te zien als Röntgenbron Niet roodgloeiend (zoals sterren van ~ 4000 K) Niet witgloeiend (zoals sterren van ~6000 K) Niet blauwgloeiend (zoals sterren van ~10000 K) Maar Röntgengloeiend bij een temperatuur van K verschuivings- wet van Wien Zwart Gat opvallend gas afkomstig van begeleidende ster groeischijf

29 Twee zware zwarte gaten in een botsend melkwegsysteem NGC 6240 OptischRöntgen

30 Samenvatting Zwarte Gaten 1. Ze kunnen bestaan (Algemene Relativiteitstheorie) 2. Ze kunnen gevormd worden 3. We zien ze ook als grote concentraties van massa, alleen te begrijpen zijn als Zwart Gat

31 Reserve dia’s

32 Dichtheid materie bij vorming zwart gat pers de zon met straal van km tot een bol van 3km → zwart gat (compressiefactor ( km / 3km) 3 ~ leg 1 miljard zonnen tegen elkaar (zonder compressie) → zwart gat

33 micro-lensing pad van de achterliggende bron zonder lens op opeenvolgende momenten op ieder moment twee (vervormde) beelden: 1 binnen en 1 buiten de Einstein ring Einstein ring

34 micro-lensing als film rood: plaats van de bron zonder lens blauw: gelensde positie Einstein-ring je ziet geen afzonder- lijke beelden, alleen de totale intensiteit achtergrond object beweegt lenzende ster staat stil

35 Eigenschap (5) van een zwart gat Extreme afbuiging van licht

36 maar voor meevallende waarnemer op een instortende ster geen waarnemings-horizon gezien vanuit de meevallende waarnemer: effect van kromming v. ruimte instortende ster effect van de getijdekracht (verschil in kracht tussen hoofd en voeten) typisch relativiteitstheorie: wat je ziet hangt af van wie het waarneemt

37 geometrie van de ruimte: ander afstandsbegrip dy dx ds= c dt dy klein stukje dx in x-richting ds Pythagoras Pythagoras in 3 dimensies Een lichtfoton (snelheid c) legt af in dt seconde afstand ds = c dt A B

38 geometrie van de ruimte: ander afstandsbegrip Einstein: nieuw afstandsbegrip, de metriek ds 2 in 4 dimensies: t,x,y,x, in de speciale relativiteitstheorie: voor fotonen (lichtstralen) nog algemener (algemene relativiteitstheorie): (in totaal 16 functies)

39 zwaartekrachtsveld is één functie (de potentiaal), één getal voor ieder punt in de ruimte bij Newton: bij Einstein: en materie+licht bewegen volgens de kortste weg en materie beweegt door een kracht die van hoge naar lage potentiaal gaat, 16 functies (de metriek, die de afstand bepaalt) bijv. puntmassa


Download ppt "←supernova in een ver melkwegstelsel Zwarte Gaten 10 december 2010 John Heise, SRON-Utrecht & Universiteit Utrecht tel: 088 7775727,"

Verwante presentaties


Ads door Google