1 Nieuwe ontdekkingen in het heelal

Volkkrant 3 sep 2014
Laniakea, de supercluster waarin we wonen
Nieuwe ontdekkingen in het heelal
 500 miljoen lichtjaar 
= 130 miljoen lichtjaar
Laniakea supercluster
Booth-zaal
Utrecht
(oranje
omlijnd)
blauw = lage materiedichtheid
groen = hoge materiedichtheid
rood = Virgo-cluster
witte lijntjes (als rivieren in een
berglandschap)
zoals sterrenstelsels
in de toekomst in vrije val
zouden bewegen
onze Melkweg (stipje)
John Heise,
Universiteit Utrecht
SRON-Ruimteonderzoek Nederland
26 sep 2014
HOVO-Utrecht
xx
Laniakea
8 feb 2010
HOVO-Utrecht
onze Melkweg vanaf Yellowstone park
stroomgebied van
sterrenstelsels
de aarde in onze melkweg
(rode stip) zit samen met de zgn.
"Lokale Groep van stelsels",
in een buitenwijk van de
Virgo-cluster,
die is weer onderdeel van
de Virgo-supercluster (ook
"de locale super-cluster"
Onlangs blijkt dat onze
Supercluster veel groter is.
Dit wordt nu de
Laneakea supercluster
genoemd
HOVO-Utrecht
Melkweg vanaf zuidelijk halfrond
weerspiegeld in het Atacama-zoutmeer
De hemel zoals we die zien
met een visse-oog lens
200 miljard sterren, die
allemaal tot de melkweg behoren.
een platte dunne schijf,
waar wij midden in zitten.
Alle sterren (ook de zon)
draaien om het centrum van de
Melkweg.
We zien ze als lichtpuntje,
te klein om uit te vergroten tot
een schijfje zoals de zon
HOVO 26 sep 2014
1
Gereconstrueerde melkweg
van boven gezien
Onze Melkweg gerecontrueerd
zoals je die van boven zou zien
Uithof Utrecht
op 26 000 lichtjaar van het centrum
We leven in een druk deel van het universum
zon
orion
tussen 200 miljard sterren in een platte pannekoek:
de Melkweg, ons sterrenstelsel
HOVO 26 sep 2014
Belang van sterrenstelsels voor het leven op Aarde
●1 sec na het begin: Heelal bestaat uit waterstof H
We leven nabij een grote buur:
het Andromeda-stelsel
● na 3 minuten wordt Helium He gevormd, 4H  He + …
daarna te koud voor kernfusie
● Sterren-cyclus, verrijking samenstelling heelal:
- in het binnenste vorming zwaardere atomen, vooral
N, 3He C, 4He O, verder Mg, Si, Fe
- na explosies: verspreiding in interstellaire ruimte
- bijeengehouden binnen een melkwegstelsel
-na opbouw voldoende materiedichtheid:
vorming nieuwe sterren  meer C,N,O, Si, Fe etc
ook ong. 200 miljard sterren
op slechts 2 miljoen lichtjaar afstand,
groot aan de hemel (6 vollemanen),
en op botsingskoers
HOVO 26 sep 2014
ZOA, Zone of Avoidance
xx
Vaak beter te zien in 21 cm radiostraling,
b.v. Dwingelo Obscured Galaxy Search:
Dwingeloo-1 en Dwingeloo-2
ontdekt dwars door de melkweg
ZOA Zone of Avoidance
Dwingeloo-1
HOVO 26 sep 2014
HOVO 26 sep 2014
2
Project "Cosmic Flows" vanaf 2008
Hubble-expansie afgetrokken
meet snelheid en afstand van 10 duizenden stelsels
v = Hd
(H Hubble constante,
d afstand)
door zwaartekracht ter plekke
eerst (2008 in rood)
tot 120 miljoen lichtjaar
snelheid (km/s)
gemeten snelheid =
kosmische expansie v
+ intrinsieke snelheid
Afstand (Mpc)
"Fingers of God"
later (2013 in groen)
tot 300 miljoen lichtjaar
HOVO 26 sep 2014
Arnhem 20 Feb 2013
Onze eigen snelheid in de kosmos
(t.o.v. achtergrond straling)
Wij vallen naar de "Great Attractor"
3.353 milli K koeler
Kosmische Achtergrondstraling T=2.728 Kelvin
met een constante verdeling
afkomstig van kort na de oerknal
Na aftrek gemiddelde resteert:
∆ T=3.353 milli Kelvin
met een dipool verdeling als afwijking
van de constante verdeling
Door snelheid van ong. 630 km/s
in die richting zien we dit 3.353 milli K heter
en koeler in de tegenovergestelde plek:
de "Great Attractor"
Na aftrek dipool resteren fluctuaties met
∆ T=18 micro Kelvin, de eerste
klontering in het heelal
HOVO 26 sep 2014
3.353 milli K heter
[kleur is temperatuur
Blauw is miniem heter
Rood is miniem koeler]
de Hydra-Centaurus Supercluster
Hoe zit 't met de dynamica van onze omgeving?
Maar eerst: hoe ziet onze omgeving eruit?
HOVO 26 sep 2014
xx
Sloan Digital Sky Survey,
Apache Point Observatory, New Mexico
in vrije val snelheid van ong. 630 km/s
gezamenlijk met de lokale groep
tuimelen we in de richting van
de "Great Attractor":
xx
dunne vlakke plak:
taartpunt uit het
heelal
Sloan Digital Sky Survey
voor een
3-D beeld van het heelal
vanaf 2000 35% van de hemel tot 6 miljard lichtjaar verweg;
~500 miljoen stelsels; spectra ~1 million stelsels
gemiddelde roodverschuiving = 0.1
Arnhem 20 Feb 2013
tot heldere stelsels van z = 0.7 en quasars van z = 5
Arnhem 20 Feb 2013
3
Doel: van posities (2 dim) naar
materie-verdeling (3-dim) tot
dynamica (4-dim)
[zwaartekracht en snelheidspatronen ]
2MASS,
2 micron All Sky Survey
xx
HOVO 26 sep 2014
De Virgo-cluster met ~2000 sterrenstelsels
lokale groep
(looptijd van het licht tot 10 miljoen lichtjaar)
1 miljoen lichtjaar
Wij:
Onze melkweg
met vlakbij de
Magelhaense
wolken
een vlakke hand op armlengte aan
de hemel (5 graden)
we leven aan de rand
van een dichte cluster
van sterrenstelsels
Clusters zijn de
grootste gebonden
objecten in het heelal
losjes samengevoegd tot
superclusters
Andromeda
3 grote stelsels
46 dwergstelsels
700 miljard sterren
HOVO 26 sep 2014
ronddraaien in de Virgo-cluster (afstand 50 miljoen lichtjaar)
2000 sterrenstelsels binnen een straal van 7 miljoen lichtjaar
krioelen door elkaar, de zwaarste zakken naar het centrum.
Typische snelheid 1500 km/s, duur van deze tocht 2 miljard jaar
HOVO 26 sep 2014
Structuurvorming
● donkere materie:
versnelt het proces van
massa-concentraties, vorming van
sterrenstelsels, clusters en superclusters
● zonder koude donkere materie:
waren wij er (nog) niet geweest
HOVO 26 sep 2014
HOVO 26 sep 2014
4
Sterren: uit beweging volgt zwaartekracht
centripetale Kracht F,
massa m, snelheid v,
straal r van de cirkel
Hoe korter de bocht of
hoe groter de snelheid,
Viriaal theorema
van bol met massa M
en straal r, G grav.constante
des te groter moet de
centripetale kracht zijn
om een 8-baan te volgen
planeet in cirkelbaan:
Zwaartekracht= centripetale kracht
Zwaartekracht F
= ½ m v2 , massa m, snelheid v
Bewegings-energie
Viriaal-theorema (onder heel algemene voorwaarden):
<bewegings-energie> = - ½ <zwaartekracht-energie>
bijvoorbeeld 1:
r
hoe compacter (M/r groot), des te sneller de beweging
bijvoorbeeld 2:
Massa M
G zwaartekrachtconstante
van Newton
Uit snelheid v volgt
de zwaartekracht
en de massa M
brede toepasbaarheid
bij te grote snelheid: ontsnapping aan zwaartekracht
Virgo supercluster
• massa van een melkwegstelsel uit stersnelheden
10 miljoen lichtjaar
• massa zwart gat in kern sterstelsel
• massa planeet rond ster
• temperatuur heet gas rond ster/stelsel ( ½ mv2 = k T):
hoe compacter des te heter
In clusters:
temperaturen ~100 miljoen graden
te zien in Röntgenstraling
HOVO 26 sep 2014
Nog eens 10 x uitzoemen
het lokale heelal (tot 1 miljard lichtjaar)
100 miljoen
lichtjaar
Wij
in de lokale groep
botsende sterrenstelsels komen veel voor
de Muizen
Holtes
Holtes
Holtes
Triggert stervorming en daarmee de
aanmaak van zwaardere elementen uit waterstof
100 superclusters van sterrenstelsels
3 miljoen grote stelsels
60 miljoen kleine
15) sterren
26 sep 2014
samen 250 quadrillion (250 10HOVO
Wij
nabij de
Virgo cluster
Evolutie van het heelal:
steeds meer zwaardere elementen
HOVO 26 sep 2014
5
Na superclusters:
the End of Greatness?
het waarneembare heelal
(looptijd van het licht 13.7 miljard jaar)
1 miljard lichtjaar
● Is het heelal op een schaal van 300 miljoen lichtjaar
zonder structuur?
● voldoende Homogeen en Isotroop om te voldoen
aan het Copernicaans principe?
● dat is n.l. nodig om het heelal theoretisch te begrijpen
m.b.v. de Algemene RelativiteisTheorie (Einstein)
horizon
(grens van het waarneembare heelal):
looptijd van het licht 13.7 miljard jaar
HOVO 26 sep 2014
HOVO 26 sep 2014
grote schaal struktuur:
“holtes” omgeven door “muren van galaxies”
schematisch
2MASS,
Wij
nabij de
Virgo
supercluster
2 micron All Sky Survey
xx
De Grote Muur
ieder punt is een
sterrenstelsel met
10-100 miljard
sterren
Wij zijn hier
Het heelal is een
gatenkaas!
Het kosmische web
300 miljoen lichtjaar
HOVO 26 sep 2014
2MASS-infrarood, lokale universum
Heelal expandeert
materie concentreert
Drijvende kracht: zwaartekracht van Donkere Materie
HOVO 26 sep 2014
voorbeeld:
Virgo-cluster
6
waarnemingen versus simulaties
Naar een 3-dimensionale verdeling
HOVO 26 sep 2014
van snelheden naar massa-verdeling
van massa-verdeling naar zwaartekracht,
weergegeven als stromingspatroon
Cosmografie van het Lokale Universum
Laniakea supercluster
7
Laniakea supercluster
Laniakea supercluster
= 130 miljoen lichtjaar
De Melkweg
Booth-zaal Utrecht
26 sep 2014
HOVO-Utrecht
spelen met verschillende heelallen
belangrijke parameters
van heelal-modellen
● Expansie: huidige Hubble-constante H
● stop 10 miljard massapunten in de computer
● onderling aangetrokken (wet van Newton)
● start met gelijkmatige verdeling
+ kleine fluctuaties
● bereken stap voor stap nieuwe posities
HOVO 26 sep 2014
parameters van heelal-modellen
inclusief donkere energie
● materiedichtheid gewone materie, Ωm
● de druk p van gewone materie
(toestandsvergelijking: “koud”, p verwaarloosbaar)
● materiedichtheid donkere materie, Ωdm
● de druk van donkere materie:
“hete of koude” donkere materie
HOVO 26 sep 2014
11 Mpc/h
berekening in kubus
L = 1500 M lichtjaar
1010 deeltjes
● Expansie: huidige Hubble-constante H
donkere materie= 0.25,
donkere energie = 0.75
(CDM)
begin: 14x109 jr
● Materiedichtheid, Ωm,
● koude of hete donkere materie
materie-verdeling
in plak van 45 M lj
zoom-in op cluster
van mw-stelsels
● energiedichtheid donkere energie, ΩΛ
● de (negatieve) druk van donkere energie
HOVO 26 sep 2014
Kosmische Web
meeste materie is
donker!
3 Gpc/h
HOVO 26 sep 2014
8
De materieverdeling in een plakje van 60 miljoen lichtjaar dikte
0.21 Gjr (z=18.3)
Ontstaan van struktuur in het heelal
1.0 Gjr (z=5.7)
4.7 Gjr (z=1.4)
= 130 miljoen lichtjaar
13.6 Gjr (z=0)
Booth-zaal Utrecht
Kleur = ρ – ρcrit
Helderheid = snelheidsdispersie (∆v)2
Uitdijing is kunstmatig verwijderd
John Heise,
Universiteit Utrecht
SRON-Ruimteonderzoek Nederland
Het kosmische web van holten, filamenten met clusters
op de knooppunten wordt geleidelijk grootmaziger
HOVO 26 sep 2014
struktuur in het heelal
Bewijs voor intracluster-gas
nog mager, wel in A399+A401
100 miljoen lichtjaar
superclusters
clusters op knooppunten
filamenten wij wonen op zo’n knooppunt
waar veel sterren gevormd
“muren”worden
Resultaat van simulaties van struktuurvorming
(in gemiddeld homogeen heelal)
"End of greatness?" Toch grotere structuren? (1)
Hercules-Corona Borealis Great Wall
Het Λ-CDM concordantiemodel
met donkkere energie Λ en “Cold Dark Matter” CDM
(neutrino’s zijn hete
donkere materie
en zouden niet de
struktuur geven die
wij nu zien)
HOVO 26 sep 2014
Superstructuur van sterrenstels,
Ontdekt in Nov 2013
10 miljard lichtjaar lang, 0.7 ly dik,
van z=1.6 tot 2.1
Het grootste "ding" in het universum?
MACS J0717, 18 Hubble-plaatjes
Ontdekt door concentratie
van GammaRay Bursts,
die hoge massa concentraties
markeert
600x de Virgo Cluster
20 x de (CfA2) Great Wall
20 x Laniakea
7 x Sloan Great Wall
2.5 x De huge-Large quasar Group
0.1 x het waarneembare heelal
HOVO 26 sep 2014
9
"End of greatness?" Toch grotere structuren? (2)
Huge-LQG (Large Quasar Group U1.27)
Dus waar wonen wij?
Superstructuur van Quasars, nov 2012
4 miljard lichtjaar lang
op z=1.27
Een structuur in het universum groter
dan mogelijk in het standaardmodel
Quasar-groep
Gewone Large-Quasar group
Ontdekt door concentratie
van 73 Quasars, actieve stelsels
die hoge massa concentraties
markeren
HOVO 26 sep 2014
waar wonen wij?
4 miljard lichtjaar
In een druk deel van het universum,
in een knooppunt van massa-concentratie
wij storten verder in tot een steeds drukkere plek
1.5 miljard lichtjaar
(2)
In één van de grotere sterrenstelsels
(provinciehoofdstad)
nabij een andere groter stelsel
naast een vol cluster van stelsels,
omgeven door een grote supercluster
Elders: grote holtes, “het platteland”,
donker en leeg
dat steeds verder ontvolkt
de rest wordt steeds geconcentreerder
terwijl het heelal uitdijt
waar wonen wij?
(3)
de randen van onze lokale supercluster
zijn onlangs nauwkeurig onderzocht
en de supercluster blijkt veel groter te zijn.
De nieuwe supercluster wordt Laniakea genoemd
=Onmetelijke hemel
10

Download Report