Prof dr A Achterberg IMAPP Newtoniaanse Kosmologie College

Prof. dr. A. Achterberg, IMAPP Newtoniaanse Kosmologie College 1: Inleiding

Cursus schema 2018: � Hoorcollege: Dinsdag 15: 45 -17: 30 in vele zalen! � Data: 10 april t/m 24 april, 8 mei t/m 5 juni (8 x) � Werkcollege: Vrijdag, 08: 45 -10: 30, in HG 00. 108 � Data: 13 april, 20 april; 12 mei, 18 mei t/m 8 juni (6 x) � Tentamen: Vrijdag 22 juni, 08: 30 -11: 30, HAL 2 � (Hertentamen: 13 juli)

Boek, Power. Point Slides �Boek: A. Achterberg: Kosmologie, 4 e druk, Epsilon Uitgaven, Utrecht. �Samenvatting, Power. Point Slides en werkcollege-opgaven: �on-line op: www. astro. ru. nl/~achterb/Newt. Kosmo

Cursusoverzicht � Historische Inleiding; � Experimentele grondslag voor het Oerknalmodel; � Newton vs. Einstein: toepasbaarheid Newtoniaanse modellen; � Friedmann modellen: het standaardmodel; � Dichtheid, druk en temperatuur: “stof” en “straling”; � Successen en problemen van het Oerknal-model; � Link met de deeltjesfysica & Inflatie-modellen

Kosmologie is “sexy”! �Een paar nieuwsfeiten: � 24 Maart 2014: BICEP Experiment: Aanwijzingen voor “voorwereldlijke gravitatiegolven”! � 15 Maart 2015: Signaal is van stof in onze Melkweg

Hubble’s wet: de vluchtsnelheid van verre sterrenstelsels is evenredig met afstand: V=H 0 D Edwin Hubble

Februari 2018:

2018

Wat weten de sterrenkundigen over ons heelal? � Het heelal op grote schaal expandeert (Hubble’s Wet) � Het heelal was vroeger veel heter dan nu (verklaart o. a. het bestaan Kosmische Achtergrondstraling) � Slechts ~ 30% van alle massa zit in materie, waarvan: - lichtgevend (d. w. z. sterren e. d. ) : ~ 2% - donkere materie: ~ 28% � 70% van alle massa zit in “donkere energie” � Vroeger vertraagde de expansie, nu versnelt hij weer!

Geschiedenis van onze moderne kosmologische kennis

Hoe weten we dat eigenlijk? �We zien de beweging van verre sterrenstelsels van ons af uit Dopplerverschuiving; �De vluchtsnelheid is evenredig met hun afstand (Hubble’s wet); �We meten de overblijfselen van de vroege, dichte en hete fase van ons heelal: 1. de Kosmische Achtergrondstraling 2. de producten van vroege kernfusie in het heelal

Hubble’s wet: de vluchtsnelheid van verre sterrenstelsels is evenredig met afstand: V=H 0 D Edwin Hubble

Kosmische achtergrondstraling Penzias & Wilson (1962: ontdekkers van de Kosmische Achtergrondstraling) proton elektron Waterstof atoom foton T > 4500 K T < 4500 K

De vroege (voorwereldlijke) kernfusie: Waterstofverbranding

Abundantie van de Elementen (t. o. v. waterstof) Een berekening van de opbrengst: Materiedichtheid (t. o. v. fotonen)

Ons heelal had dus een zeer heet en dicht begin! Dit is de essentie van de Oerknaltheorie!

Historisch Overzicht Heelal is statisch (onveranderlijk) Heelal is dynamisch

Industriële revolutie: begin van de kosmologisch serieuze waarnemingen

Grootste teleskoop van de 19 e eeuw (spiegel~ 1 meter)

Fundamentele sterrekundige vragen aan het begin van de 20 e eeuw: 1. Wat is de afmeting van ons Melkwegstelsel? 2. Wat is de aard van, en de afstand tot de spiraalnevels? 3. Welk proces doet de sterren stralen?

De eerste twee vragen zijn vragen van schaal!

Fundamentele sterrekundige vragen aan het begin van de 20 e eeuw: de antwoorden 1. Wat is de afmeting van ons Melkwegstelsel? (~ 80, 000 lichtjaar, Shapley 1920) 2. Wat is de aard en afstand van de spiraalnevels? (~ 1000, 000 lichtjaar, Hubble 1924) 3. Wat doet sterren stralen? (Kernfusie, Bethe 1938)

Shapley en de afmeting van ons Melkwegstelsel

De 100 inch (2, 5 m) Hooker Telescope De eerste telescoop waarmee afzonderlijke sterren in andere sterrenstelsels werden gezien!

Andromeda nevel (Messier 31)

Afstand, roodverschuiving & Hubble’s wet Helderheid Lichtkromme Cepheïde Hubble Swan-Leavitt --- tijd --->

M 33 en Hubble’s Cepheïden

Intermezzo: magnitude-schaal

Roodverschuiving van verre sterrenstelsels In 1912 ontdekt door Vesto Slipher Korte golflengte (blauw) Lange golflengte (rood)

Hubble’s interpretatie: Doppler Effect

Afleiding Doppler Formule voor V << c c = lichtsnelheid ~ 300. 000 km/s is constant Roodverschuiving: golflengte wordt langer! Blauwverschuiving: golflengte wordt korter!

Rood- en blauwverschuiving z > 0: roodverschuiving z < 0: blauwverschuiving

Hubble’s wet: 1 Mpc = 3. 086 1022 m ~ 3 miljoen lichtjaar

Historische bepalingen Hubble constante H 0

Eerste moderne en nauwkeurige bepaling H 0 (Hubble Space. Telescope Key Project, 2001)

De Afstandsladder Overlappende treden zijn hierbij essentiëel!

Klassieke parallax berekening: 1’’ = 4. 8 x 10 -6 radiaal 1 AE = 1. 496 x 1011 m D*= 1 AE/p(in boogseconden) = (3. 086 x 1016/p) m = 1 parsec /p

Doorslaggevend belang: IJKING van de onderste treden Van de afstandsladder (m. n. de Cepheïden!)

Geboorte idee van een evoluerend heelal • Lichtsnelheid (c) is een universele constante; - snelheden zijn niet simpel op te tellen of af te trekken. • Ruimte en tijd zijn “dynamisch” en niet vast: - afstandsmeting en gemeten kloksnelheid hangen af van de toestand van de waarnemer; • Zwaartekracht (massa) bepaalt de geometrische eigenschappen van ruimte-tijd.