De oerknal

      Geen reacties op De oerknal

Nu zijn er miljarden sterrenstelsels met miljarden sterren, maar vroeger was er helemaal niets. Totdat 13,7 miljard jaar geleden uit het niets alle materie, zoals water, sterren en planeten, om ons heen ontstond in de Big Bang, ofwel de oerknal. Om meer te weten te komen over de oerknal, moeten we ver de ruimte in kijken. Hoe verder we de ruimte in kijken, hoe verder we terug gaan in de tijd.

Licht van sterrenstelsels verder weg, doet er lang over om ons te bereiken. Licht van de zon doet er zo’n 8 minuten over om ons te bereiken, we zien de zon dus, zoals ze er 8 minuten geleden uitzag. Voor verre sterrenstelsels geldt hetzelfde, dus we zien een sterrenstelsel op 13 miljard lichtjaar afstand, zoals het er 13 miljard jaar geleden uitzag. We kijken dus terug in de tijd.

Universe_expansion

De expansie van het universum is in dit plaatje simpel weergegeven, elk vlak is een bepaald punt in de tijd. Er is zo goed te zien dat de sterrenstelels steeds verder uit elkaar zijn komen te staan. Credit: Fredrik

Om de geheimen van de oerknal te ontrafelen hebben we grote machines gebouwd om het moment van de oerknal na te bootsen, denk hierbij aan de deeltjesversneller van CERN. Maar ook (ruimte)telescopen om ver in de ruimte en de tijd te kijken, waaronder de Hubble ruimtetelescoop & WMAP.

Sinds de jaren ’20 van de vorige eeuw is ons beeld van het universum aan het veranderen. Eerst was het idee dat het universum er gewoon was en zou blijven en dat alles op dezelfde plaats bleef. Totdat de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble aan het eind van de jaren ’20 ontdekte dat niets in het universum op dezelfde plek bleef. Hij ontdekte dat sterrenstelsels bij ons vandaan bewegen en hij kwam er achter dat hoe verder weg deze sterrenstelsels zijn, hoe sneller ze bij ons vandaan raken. Hiermee toonde hij aan dat het universum steeds groter wordt. Dus er moet dan ook ergens een begin zijn, waar alles in een punt samengedrukt zat.

Het begin

CMB_Timeline75

De tijdlijn van het universum, links de oerknal. Het zwarte deel is de 380.000 jaar waarin er geen licht van sterren te zien was. Verder naar rechts worden alle sterren(stelels), planeten etcetera gevormd. Credit: NASA

Om de Big Bang te begrijpen moeten we eerst een groot obstakel accepteren, namelijk het feit dat iets kan ontstaan uit helemaal niets. Dit is volgens velen het grootste mysterie van ons universum. Maar als je dit eenmaal begrijpt, begin je de oerknal ook te begrijpen.

In het begin explodeerde het universum van niet tot alles. Alle massa en energie uit het universum zat toen samengedrukt in een heel heet en klein puntje van ongeveer een femtometer groot (= 1 fm = 0,000 000 000 000 001 m). Op dit moment was alles alleen nog maar energie, materie bestond toen nog niet. Ook werden alle wetten van de natuurkunde geboren.

Een fractie van een seconde later was er een schokgolf, waardoor het universum met een immense snelheid in elke richting groeide. We denken dat in 1 yoctoseconde (1 ys = 0,000 000 000 000 000 000 000 001 s) werd het heelal een quadriljoen keer zo groot, dat is sneller dan het licht. Nu denk je natuurlijk dat dit niet mogelijk is, maar niets is sneller dan het licht, dus lege ruimte kan sneller gaan dan het licht. Als we dit begrijpen, dan wordt de oerknal beter te begrijpen.

Doordat alles heel snel gebeurde moest er een nieuwe manier van tijd bedacht worden, de Plancktijd. Dit is 5,39*10^-44 seconde (= 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 053 9 seconde). Er zittten meer Plancktijden in een seconde, dan dat er seconden zitten in de tijd 13,7 miljard jaar sinds de oerknal.

Binnen een paar Plancktijden groeit het heelal van de grootte van een golfbal naar de grootte van de aarde. Naarmate het universum groter werd, koelde het universum ook af. De tweede fase van de evolutie van het universum kon beginnen.

2000px-E=mc²-explication.svg

Deze bekende formule zegt dat energie en materie in elkaar kunnen over gaan. Einstein kwam met deze formule aanzetten nog voordat men überhaupt over de oerknal begon. De E staat voor energie, de m voor massa en c voor de lichtsnelheid. Credit: JTBarnabas

De energie van na de oerknal werd omgezet in subatomaire deeltjes, deze deeltjes vormden uiteindelijk protonen, neutronen en elektronen. Deze omzetting werd door Einstein, nog voordat de oerknal bekend werd, geformuleerd met de formule die echt iedereen kent, E=mc^2. Deze subatomaire deeltjes veranderden in energie en de energie veranderde weer in subatomaire deeltjes. Naarmate het universum afkoelde, veranderde deze materie niet meer in energie. Toch blijft het nog heel heet en chaotisch.

Het grote gevecht

We zitten nog steeds binnen een fractie van een seconde en de meest kritieke fase breekt aan. Er is namelijk een groot gevecht aan de gang, tussen materie en antimaterie, dat het universum kan vernietigen voordat het er echt is. Wanneer materie in aanraking komt met antimaterie, worden de beide deeltjes vernietigd in een gigantische nucleaire explosie. Gelijke hoeveelheden van beide deeltjes vernietigen elkaar, gelukkig voor ons werd er bij de oerknal meer materie gevormd dan antimaterie. De materie had het gevecht gewonnen, alles wat we nu zien is overgebleven van dit gevecht.

Antimaterie op zichzelf is totaal niet gevaarlijk, dus het had ook omgekeerd kunnen zijn. Dan bestonden wij niet uit materie, maar uit antimaterie.

Het universum is nu ongeveer 1 seconde oud. De tijd om een heel universum te maken is aangebroken, het is wel nog heet en het heelal groeit nog steeds immens snel. Atomen bestonden nog niet. Hier gaat vanaf nu verandering in komen, de subatomaire deeltjes beginnen samen de atomen te vormen. Eerst waterstof en dan helium en lithium.

COBE_CMB2

Deze kaart van COBE was niet erg duidelijk, vandaar dat de NASA een nieuwe satelliet, WMAP, lanceerde. Credit: NASA

Alles hierboven gebeurde in ongeveer 3 minuten. In deze 3 minuten zijn we van absoluut niets tot een heelal van lichtjaren groot en materie (de 3 elementen: waterstof, helium en lithium) gegaan. Ook hebben we een enorm gevecht tussen materie en antimaterie meegemaakt. Helaas konden we van dit alles niets zien, tot 380.000 jaar na de oerknal, bestond het heelal uit een melkachtige soep van elektronen en elementen. Het is nog te heet om nieuwe elementen te vormen, hierdoor konden de elektronen niet aan de atomen hechten. Pas na 380.000 jaar werd het koud genoeg om nieuwe atomen te vormen.

Toen de nieuwe atomen ontstonden ontsnapte het eerste licht. 13,7 miljard jaar later vingen 2 wetenschappers, Arno Penzias en Robert Wilson, in New Jersey dit op. Ze dachten aanvankelijk dat er vogelpoep op de radiotelescoop zat, wat een verstoring veroorzaakte. Nadat ze de telescoop hadden schoongemaakt, bleef dit radiosignaal aanwezig. Ze hadden het geluid van het moment van creatie opgevangen van 13,7 miljard jaar geleden. Dit geluid kwam vrij toen de eerste elektronen bij de eerste atomen vast kwamen te zitten.

Om een beter beeld te krijgen van dit moment, lanceerde de NASA de COBE (Cosmic Background Explorer) satelliet. Helaas waren de beelden van het jonge universum erg wazig, daarom lanceerde de NASA een geavanceerdere satelliet, WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). WMAP maakte de meest gedetailleerde afbeelding van het jonge universum.

Baby_Universe

Deze kaart gemaakt door WMAP is de meest gedetailleerde kaart van het jonge universum. De gele en rode stippen geven aan waar meer materie zit, hiet vormen de sterren, planeten etc. In de blauwe en groene delen is minder materie aanwezig en zal dus voornamelijk lege ruimte zijn. De verschillen in hoeveelheden geven de toekomstige structuur van het universum aan. Credit: NASA

Het universum is nu 380.000 jaar oud en triljoenen kilometers in doorsnede. Wolken van waterstof en helium zweven los in de ruimte. Het zal nog 200 miljoen jaar duren voordat de eerste sterren gevormd worden. Vanaf dat moment komen er steeds meer sterren. 1 miljard jaar na de oerknal worden de eerste sterrenstelsels geboren. Over de volgende 8 miljard jaar komen er steeds meer sterrenstelsels bij. 5 miljard jaar geleden werd in een kleine uithoek van een van deze sterrenstelsels een ster geboren, onze zon.

De toekomst

Alles wat we zien is ontstaan uit de oerknal, welke in zekere zin nog steeds bezig is: het universum groeit nog steeds. Het universum had een begin, maar zal ook ooit tot een einde komen. Hier bestaan verschillende ideeën over, hoe het einde er uit gaat zien, is eigenlijk net zo’n groot mysterie als de oerknal zelf.

We zijn er achter gekomen dat het universum niet langzamer groeit, maar juist steeds sneller groter wordt. We denken dat dit veroorzaakt wordt door donkere energie. Deze vorm van energie is voor ons nog onbekend terrein, we kunnen het niet zien en we weten ook niet waarom het er is. Maar we denken wel te weten dat deze energie het universum zal vernietigen. Als de donkere materie het universum uit elkaar blijft duwen, dan zullen uiteindelijk alle sterrenstelsels zo ver uit elkaar staan, dat we ze niet meer kunnen zien. De sterren zullen dan op branden en uitdoven, vallen de atomen uiteindelijk uit elkaar. De dood van het universum duurt beduidend langer, triljoenen jaren, dan de creatie van alles, een aantal seconden. Gelukkig start dit pas over 100 miljard jaar.

Het kan ook zijn dat het universum uiteindelijk weer inkrimpt, net als een ballon die leeg loopt. In dit geval zou het ook kunnen, dat er daarna weer een oerknal plaatsvindt. Misschien is dit al heel vaak gebeurd en is dit wel het zoveelste universum.

Vragen? Stel ze hier onder.

Bronnen:
– How the Universe Works – S01E01 – The Big Bang
Wikipedia.org

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

* Checkbox voor de AVG is verplicht

*

Ik ga akkoord