Waar gaat het heen met het heelal?Gezellige doemscenario’s voor de

feestdagen

Marcel VonkWinterkamp JWG27 december 2015

2/57

Inhoud

1. Het heelal – waar komt het vandaan?2. Het heelal – waar gaat het naartoe?3. De zon – waar komt ‘ie vandaan?4. De zon – waar gaat ‘ie naartoe?5. Maar…

1. Het heelal – waar komt het vandaan?

4/57

Is het heelal oneindig?

Op het eerste gezicht lijkt het heelal onveranderlijk en onbegrensd.

Het lijkt een logische conclusie dat het heelal statisch en oneindig is.

5/57

Is het heelal oneindig?

Toch kunnen we vrij eenvoudig inzien dat dit niet het geval kan zijn.

Newton (17e eeuw): een oneindig heelal is instabiel; stort in onder zijn eigen zwaartekracht.

6/57

Is het heelal oneindig?

Een heel ander argument met dezelfde conclusie:

Olbers (1823): in een oneindig heelal zou de hemel ’s nachts niet donker zijn.

BORD

7/57

Maar hoe zit het dan?

Edwin Hubble ontdekte in 1929 dat ver gelegen sterrenstelsels van ons af bewegen.

Hij maakte hier-voor gebruik vanhet bekendeDoppler-effect.

8/57

Maar hoe zit het dan?

Hubble onderzocht het Doppler-effect in het spectrum van verre sterrenstelsels

9/57

Maar hoe zit het dan?

Hoe verder een stelsel weg staat, hoe sneller het van ons af beweegt.

Tweemaal zo ver, tweemaal zo snel.

10/57

Maar hoe zit het dan?

Conclusie: alle materie in het heelal was op een bepaald moment in het verleden op dezelfde plek.

Oerknal!

11/57

Maar hoe zit het dan?

We weten nu (2015) dat het heelal 13.798 ± 0.037 miljard jaar oud is.

(2012: 13.73 ± 0.12)(2013: 13.78 ± 0.06)

Het heelal begon heel heet en dicht.

2. Het heelal – waar gaat het naartoe?

13/57

Blijft het heelal uitdijen?

Geen eenvoudige vraag; om het antwoord exact te berekenen is de algemene relativiteitstheorie nodig.

14/57

Blijft het heelal uitdijen?

De korte samenvatting: eeuwig uitdijen of niet hangt af van de dichtheid van het heelal.

15/57

Kies je favoriete optie…

1. Het heelal is zwaar genoeg om uiteindelijk weer in te storten. (‘Big Crunch’)

16/57

Kies je favoriete optie…

2. Het heelal blijft voor eeuwig uitdijen en wordt steeds kouder en leger.

17/57

Kies je favoriete optie…

3. Het heelal dijt uit, remt steeds verder af, maar stort nooit weer in.

18/57

Kies je favoriete optie…

Op dit moment lijkt het erop dat we vlak bij de grens zitten, maar dat het heelal toch (en zelfs versneld) blijft uitdijen.

19/57

Een onzekere toekomst

Geen idee of het heelal altijd blijft versnellen. Elk scenario heeft zijn nadelen, maar de eerstkomende duizenden miljarden jaren is er nog geen probleem.

3. De zon – waar komt ‘ie vandaan?

21/57

StructuurvormingHoe komen we vanuit de “oersoep” uiteindelijk terecht in een heelal vol structuur?

22/57

StructuurvormingZwaartekracht doet dingen samen-klonteren!

Zwakke kracht, maar gedurende lange tijd!

23/57

StructuurvormingEen animatie van de structuurvorming in het heelal:

24/57

StructuurvormingVorming van de filamenten:

25/57

StructuurvormingVorming van groepen sterrenstelsels:

26/57

StructuurvormingHet resultaat is een soort “fractal” van structuur.

27/57

StructuurvormingHet resultaat is een soort “fractal” van structuur.

•Superclusters•Clusters•Sterrenstelsels•Sterren

28/57

StructuurvormingDe laatste stap is het interessantst: op een gegeven moment ontstaan opeenhopingen van gas die weer erg heet worden: sterren!

29/57

Nucleosynthese in sterrenAls een gaswolk samentrekt tot een ster gebeurt precies het omgekeerde van wat na de oerknal plaatsvindt.

Het gas wordt steeds heter en dichter; atomen worden uiteengeslagen, enz.

30/57

Nucleosynthese in sterrenUiteindelijk gaat er in de ster kernfusie plaatsvinden: protonen worden “samengeperst” tot een heliumkern.

Hierbij komt energie vrij!

31/57

Nucleosynthese in sterrenDe vrijkomende energie en de inwaartse druk van de zwaartekracht heffen elkaar op: de ster wordt stabiel.

4. De zon – waar gaat ‘ie naartoe?

33/57

Het lot van zware sterrenAls de brandstof op is, trekken zware sterren trekken verder samen, waarna de temperatuur hoog genoeg wordt om koolstof te maken.

34/57

Het lot van zware sterrenAls de koolstof op is, en de ster is zwaar genoeg, wordt overgegaan op zuurstoffusie – enzovoort.

35/57

Het lot van zware sterrenDit proces gaat door tot de kern uit ijzer bestaat.

36/57

Het lot van zware sterrenAls de ster dit stadium bereikt ontploft hij in een enorme supernova.

Hierbij worden allerlei elementen de ruimte in geslingerd, waaruit weer nieuwe sterren kunnen ontstaan.

37/57

Het lot van zware sterrenOnze eigen zon is zo’n “tweede-generatiester”. Vandaar dat ons planetenstelsel veel zware elementen bevat!

38/57

Het lot van de zonDe zon brandt zo’n 10 miljard jaar op waterstof, maar is niet zwaar genoeg om daarna koolstof te maken..

39/57

Het lot van de zonDe kern stort in onder zijn eigen gewicht, maar daarbij komt er meer (heet) waterstof in de buitenlagen..

40/57

Rode reuzenDe buitenlagen worden heter en zwellen op: rode reus!

Zon: vrijwel zo groot als de aardbaan.

41/57

Witte dwergenDe buitenlagen koelen af; metalen en silicaten worden vast en deze korreltjes nemen de buitenlagen mee naar buiten.

Witte dwerg + planetaire nevel!

42/57

Planetaire nevelsRaadsel: waarom hebben sommige planetaire nevels een voorkeurs-richting? Onbekend!

43/57

En wij?Leven rond een rode reus of witte dwerg is vrijwel onmogelijk.

Gelukkig hebben we nog 5 miljard jaar!

5. Maar…

45/57

De nieuwste resultatenEen recente berekening van de wiskundige W. Hunting toont aan dat het probleem wel eens urgenter zou kunnen zijn dan we dachten…

46/57

De nieuwste resultatenHet bewijs van Hunting valt met elementaire algebra uit te leggen.

Noem de tijd die de zon al geleefd heeft 5 mld x en de tijd die de zon nog te leven heeft 5 mld y.

47/57

De nieuwste resultatenDe zon is nu op de helft van zijn leven (x en y zijn ongeveer 1):

5 mld x = 5 mld y

48/57

De nieuwste resultatenVermenigvuldig met x:

5 mld x2 = 5 mld xy

5 mld x = 5 mld y

49/57

De nieuwste resultatenTel bij het totaal 5 mld x2 op:

5 mld (x2+x2) = 5 mld (x2+xy)

5 mld x2 = 5 mld xy

50/57

De nieuwste resultatenWerk links de haakjes uit:

10 mld x2 = 5 mld (x2+xy)

5 mld (x2+x2) = 5 mld (x2+xy)

51/57

De nieuwste resultatenTrek links en rechts 10 mld xy af:

10 mld (x2-xy) = 5 mld (x2+xy-2xy)

10 mld x2 = 5 mld (x2+xy)

52/57

De nieuwste resultatenVerzamel rechts gelijke termen:

10 mld (x2-xy) = 5 mld (x2-xy)

10 mld (x2-xy) = 5 mld (x2+xy-2xy)

53/57

De nieuwste resultatenStreep de gelijke factoren weg:

10 mld = 5 mld

10 mld (x2-xy) = 5 mld (x2-xy)

54/57

De nieuwste resultatenConclusie:

Hoewel we denken dat de zon 10 miljard jaar oud kan worden, is dat in werkelijkheid maar 5 miljard jaar!

10 mld = 5 mld

55/57

Dus…De zon nadert het eind van zijn leven, en wordt nu al een rode reus!

(Vandaar dat het buiten zo warm is…)

56/57

Dus…Eén van de gevolgen: veel gevaarlijke straling. Met speciale beschermende brillen valt dit gelukkig nog mee.

57/57

Aan de slag!Ik ben maar een theoreet, dus vanaf hier neemt de meer praktisch ingestelde kampleiding het van me over.