Het Relativistische Heelal prof.dr. Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen.

Presentatie over: "Het Relativistische Heelal prof.dr. Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen."— Transcript van de presentatie:

1 Het Relativistische Heelal prof.dr. Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen

2 Relativistisch Heelal Uur 1: Relativiteitstheorie en Zwarte Gaten Uur 2: Relativistische Jets & Sneller dan licht

3 Speciale Relativiteitstheorie De snelheid van het licht is absoluut De snelheid van het licht is de hoogst bereikbare snelheid.

4 Vroege ontwikkelingen Michelson-Morley interferometer voor aantonen bestaan ether

5 Lorentz correctie Lorentz-contractie Lorentz-factor Hendrik Lorentz (1853-1928)

6 Lorentz correctie Lorentz-correctie centraal in de speciale relativiteitstheorie van Einstein Geen absoluut referentieframe Waarnemingen zijn afhankelijk van waarnemer

7 Speciaal relativistische correcties Tijd dilatatie: Relativistische massa:

8 Speciaal relativistische correcties Relativistische energie p = impuls. Als impuls p=0:

9 Algemene relativiteitstheorie Behandelt massa’s en versnellingen Geen verschil tussen versnelde massa en gravitationele massa F = m g a F = m i a

10 Massas krommen ruimte

11

12 Banen bepaald door GR

13 Precessie van Mercurius Volgens Newton: 5557” per eeuw Gemeten: 5600” per eeuw Algemene relativiteitstheorie: 5600” per eeuw: exact de gemeten waarde

14 Ontsnappings-snelheid Massa-straal verhouding bepaalt kromming van de ruimte

15 Ontsnappings-snelheid Ontsnappings-snelheid: V esc (Aarde) = 11 km/s V esc (Zon) = 600 km/s V esc (Neutronenster) = 150.000 km/s = ½ c !

16 Ontsnappings-snelheid

17 Zwart gat Relatie ontsnappingssnelheid geldt ook in ART Wat gebeurt er als v esc > c ? Informatiebarriere V esc = c : R s = Schwarzschild straal

18 Zwart Gat

19 Informatiebarriere Niets kan sneller dan het licht, ook informatie niet Zwarte gat Horizon p +,e -,mens foton Normale ruimte

20 Misvattingen over zwarte gaten Een zwart gat ‘slokt’ niets op. Als R>3R s : geen verschil met andere massa BH

21 Zwarte gaten zijn geen‘gaten’ Gedrag van materie binnen de Schwarzschildstraal (de ‘horizon’) is onbekend. We weten niet wat de toestand der materie is.

22 Zwarte gaten van alle massa’s Zwarte gaten kunnen met alle massa’s bestaan. Bekende zwarte gaten 3 < M zon < 10 9 Maar hoe zie je een zwart gat?

23 Zwarte gaten detecteren Een zwart gat zie je niet direct, alleen indirect: Aanwezigheid in dubbelster systeem Accretie van gas en materie Zwaartekrachtlens-werking Zwaartekrachtsgolven

24 Dubbelsterren Meerderheid van alle sterren in een dubbelster systeem

25 Massa-bepaling in sterren

26 Roche-lobe volume

27 Sterren zwellen op tijdens evolutie

28 Evolutie van zware sterren

29 Massa-overdracht

30 Accretie-schijven

31 Binnenste van accretieschijf Door wrijving en vrijkomende potentiele energie: T > 1 MK => röntgen straling!

32 Zwart gat dubbelsterren Hoge-massa Röntgen dubbelsterren.

33 Zwart gat dubbelsterren Lage-massa Röntgen dubbelsterren.

34 Straalstromen Straalstromen (Jets) en zwarte gaten gaan vaak samen Jet

35 Straalstromen M87: Elliptisch sterrenstelsel

36 M87

37 Zwart gat in NGC 4261

38 Jet lanceert nabij zwart gat

39 Radio-sterrenstelsels 500 kpc Cygnus A

40 En in Dubbelsterren GRO J1655-40

41 Relativistische beaming Vaak maar 1 jet zichtbaar. Waar is tweede? Relativistisch effect: het licht wordt voorwaarts gebundeld: beaming Wij: α L

42 Sneller dan het licht? Soms zien we expansie snelheid v>c !! Wij Materie: v > c? Dit is echter een schijneffect, veroorzaakt doordat onze gezichtslijn bijna recht de jet in is.

43 Sneller dan het licht? Wij Tijdstip 1 Tijdstip 2 Δt werkelijk Δt gemeten Δx gemeten

44 Zwart gat ook echt zwart? Komt er werkelijk helemaal niets uit een zwart gat? Nee, zelfs een zwart gat straalt: Hawking straling. e p Δ

45 Hawking straling In vacuum continu virtuele deeltjes: tijd virtueel reeel virtueel e-e- e+e+ Gevolg van de quantum mechanica: ook virtuele deeltjes kunnen af en toe bestaan, en dan meteen weer annihileren.

46 Hawking straling Maar als dit nou op de Schwarzschild straal gebeurt? plaats virtueel reeel e-e- e+e+ Deeltjes kunnen niet meer recombineren en annihileren. Ze moeten nu verder als reeele deeltjes. Aangezien energie van ontsnappende deeltje positief is, Moet energie deeltje in zwart gat negatief zijn. M.a.w: Energie (=massa) van zwarte gat neemt af! R sch

47 Lichtkracht van een zwart gat van 1 M zon : L = 10 -28 W Verdampingstijd voor 1 M zon : 10 67 jaar! Hawking straling Energie (=massa) van zwarte gat neemt af! Spectrum hiervan is precies dat van een zwarte straler, Die we konden identificeren met een temperatuur T. T BH,1M zon = 60 nK