Na een verwelkoming en beste wensen voor 2015, opende Theo met een bespreking van het eerste artikel van Einstein over wat later de relativiteitstheorie zou worden genoemd (voor de “die hards” zie: einsteinpapers.press.princeton.edu/). Dat eerste artikel droeg als titel: “Zur Elektrodynamik bewegter Körper”. Op een eenvoudige en soms plezante wijze besprak Theo de voornaamste onderdelen in dit artikel en dit zonder erg veel wiskunde nodig te hebben. Over dit laatste een uitspraak van Einstein: “nu de wiskundigen zich zijn gaan bemoeien met mijn theorie, versta ik er zelf niets meer van”.

Enkele hoogtepunten van het jaar 2014 (Tony):

1.     In de neutrinotelescoop IceCube op de zuidpooI zitten 5160 modules (tussen 1760 en 2450 m diep) in het ijs, vastgemaakt aan 86 kabels. Het opsporen van neutrino’s is geen eenvoudige zaak. Deze deeltjes worden enkel beïnvloed door de zwakke kernkracht en gaan bv. los doorheen de aarde.

IceCube registreert per jaar honderduizenden neutrino’s, vooral veroorzaakt door de botsing van kosmische straling met atomen en moleculen in de aardse dampkring. Nu bleken ca. 80 neutrino’s zo energierijk te zijn – meer dan een biljoen maal de energie van een lichtfoton – dat ze niet op die wijze kunnen zijn ontstaan. De registratie van twee ervan, Bert en Ernie genoemd, zie in onderstaande illustratie.

Deze neutrino’s zijn afkomstig van kosmische bronnen: supernovae, gammaflitsen, actieve sterrenstelsels en misschien van donkere materie.

2.     Van Enceladus is reeds langere tijd geweten dat er aan de zuidpool ondermeer water vrijkomt. Nu heeft de HST sporen van waterdamp gevonden in  de buurt van Europa en de dwergplaneet Ceres.

NASA, HST en ESA

Voor Europa trof men dit aan als de maan zich het verst van Jupiter bevindt. Vermoedelijk opent de getijdenwerking van Jupiter breuken in het oppervlak van de maan. Dit moet nog bevestigd worden.

De Herschelsatelliet (ESA), een IR-telescoop, toonde waterdamp aan rond de dwergplaneet CERES. NASA’s Dawnsatelliet komt in 2015 in een baan rond Ceres en zal dit zeker nader bekijken.

3.     In 2014 ontstond er ophef door de ontdekking van een speciale polarisatie in de kosmische achtergrondstraling, een bewijs voor de inflatie van het heelal. Reeds vlug ontstond er twijfel. De metingen van BICEP2 konden ook verklaard worden door stof in de ruimte. Resultaten van de Plancksatelliet blijken dit nu te bevestigen.

ESA

Bovenstaande illustratie geeft de verdeling van stof (rood het meest, blauw het minst) aan de hemel weer, links voor het noordelijk- en rechts voor het zuidelijk halfrond. De ingetekende rechthoek in het rechterbeeld geeft het gebied aan waar BICEP2 heeft waargenomen. Er blijkt meer stof aanwezig te zijn dan gedacht. De teams van Planck en BICEP2 werken nu samen aan dit probleem.

4.     Hoe en waar ontstaat het kosmisch stof? In het heelal komt aardig veel stof voor (zie bv. de moleculaire wolken in sterrenstelsels). Lange tijd vroeg men zich af waar en hoe dit stof wordt gevormd. ALMA heeft nu de omgeving van supernova 1987A in de Grote Magelhaanse Wolk bestudeerd. Men ontdekte op de exacte plaats van de supernova ongeveer 0,23 zonsmassa aan stof.

Hieronder staat een artistieke impressie van het stof rond SN 1987A (ALMA). Het stof is hier rood aangegeven. Waarnemingen met de röntgensatelliet Chandra en de HST hebben rond SN 2010jl ongeveer 0,5 zonsmassa stof gevonden.

Materiaal, afgestoten vóór de SN ontplofte, condenseerde nadien tot stofdeeltjes.

5.     Het oppervlak van de maan Europa blijkt slechts 90 miljoen jaar oud te zijn. Heet moet dus via een zeker proces verjongd zijn. Een herbekijken van beelden genomen door de satelliet Galileo (1995-2003) gaven een vermoedelijke oplossing.

NASA

Men vond er verschillende bewijzen voor platentektoniek. Dan is deze maan het tweede object in het zonnestelsel waar dit proces plaatsgrijpt of heeft plaatsgegrepen. Blijkbaar is er een tweeweg tussen het inwendige en het oppervlak van Europa. Dit kan belangrijke implicaties hebben voor eventueel leven in de ondergrondse oceaan op Europa.

6.     Zit er ver voorbij Pluto een groot object? In 2003 werd Sedna gevonden: perihelium ca. 76 AE, aphelium ca. 1000 AE en een omlooptijd van 12 000 jaar. Nu heeft men een gelijkaardig object aangetroffen (2012VP₁₁₃): perihelium ca. 80 AE en aphelium een 450 AE.

Beide objecten liggen verder van de zon dan de Kuipergordel. Met deze twee plus tien andere soortgenoten is iets bijzonders aan de hand. Alle 12 blijken ze ongeveer hetzelfde argument van perihelium te bezitten (geeft de hoek aan van de richting van de klimmende knoop van de baan en de richting van het perihelium). Normaal verwacht men dat dit willekeurig zou zijn! Zit er, ver van de zon, ergens een massief object of meerdere, die deze 12 objecten in die posities heeft gedwongen?

7.     Natuurlijk is volgens velen de aankomst van Rosetta bij een komeet en de landing van Philae hierop hét hoogtepunt van het jaar. Maar dit werd reeds uitvoerig behandeld.

Enkele zaken om in 2015 in de gaten te houden (Tony):

1 De satelliet New Horizons komt aan bij Pluto en zijn maan Charon. De kortste afstand tot de dwergplaneet gebeurt op 14 juli 2015 op een afstand van 12 500 km.

2 NASA’s Dawnsatelliet komt aan bij de dwergplaneet Ceres en gaat in maart 2015 in een baan rond Ceres.

3 De Dark Energy Survey (DES), die de zuidelijke hemel in kaart aan het brengen is, zal de eerste resultaten bekend maken. Men wil met dit project de oorsprong van de versnelling van uitzetting van het heelal en het mysterie donkere energie beter begrijpen.

4 Te lande is er op 20 maart 2015 een gedeeltekijke zonsverduistering en op 28 september 2015 een maansverduistering. Voor meer details verwijs ik naar de Hemelkalender 2015 van de VVS.

Voor de personen die via live stream interessante cursussen willen volgen, ga naar www.coursera.org/courses/  Een aanrader!

Het einde van de kosmologie
(Tony)

Wat volgt is nog hoogst onzeker, ondermeer omdat we nog niet weten wat donkere materie is en geen flauw idee hebben wat die donkere energie nu inhoudt.

Met een nauwkeurigheid van 99% hebben satellieten zoals WMAP en Planck aangetoond:

1   dat het heelal 13,8 miljard jaar oud is;

2   dat de kosmische achtergrondstraling afkomstig is van omstreeks 380.000 jaar na de Big Bang.

Vóór die tijd verhinderden enorme hoeveelheden elektronen (het was immers zéér heet) dat straling ongehinderd haar weg kon gaan. Er was een dichte “mist” aanwezig. Na 380.000 jaar was het heelal voldoende afgekoeld opdat protonen en elektronen samen waterstofatomen vormden: het heelal werd transparant en straling kon zich vrij voortplanten.

Nu bleek de kosmische achtergrondstraling overal haast exact gelijk te zijn, ook voor gebieden die zo ver van elkaar liggen  dat ze nooit met elkaar in contact kunnen geweest zijn. Dit was één van de redenen voor het bedenken van de inflatietheorie.

Wikipedia

De donkere materie zorgde voor de eerste condensaties, de kernen van latere sterrenstelsels en clusters. Nadat het heelal transparant werd volgde een donkere periode, vervolgens de eerste sterren. Deze enorm zware sterren produceerden veel UV-licht wat leidde tot een her-ionisatie.

Tot ca. 5 miljard jaar geleden vertraagde  de uitdijing en toen kreeg de donkere energie de overhand wat resulteerde in een versnelde uitzetting die we ook nu nog waarnemen.

Nu blijken er verschillende mogelijheden te bestaan voor wat kosmologen de toestandsvergelijking  w van de donkere energie noemen: w = p/ε , de verhouding tussen de druk en de energiedichtheid van het heelal.

Is w = -1 dan blijft het heelal uitzetten; is w > -1 dan vermindert de sterkte van de donkere energie, neemt de versnelling af. Het heelal zal dan steeds minder snel uitzetten. Is w< -1, dan neemt de druk van de donkere energie toe. De uitdijing gaat steeds sneller en worden ruimte en materie progressief uiteen getrokken: de “Big Rip”. Voor zover we weten is w = -1.

Klopt dit dan zullen alle sterrenstelsels, buiten die van de Lokale Groep, buiten onze horizon terecht komen. Kosmologen zijn dan reeds de informatie over de big bang kwijt en besluiten dat het heelal onze Lokale Groep is. Maar ook daar zit er nog een evolutie in.

Binnen zowat 4 tot 5 miljard jaar beginnen het Melkwegstelsel en de Andromedanevel M31 aan een paringsdans.

NASA

Uiteindelijk zullen ze één stelsel vormen ; “Milkomeda” een reuzen elliptisch- of een S0 stelsel. Op zeer lange termijn zullen ook M33 en zowat alle leden van de Lokale groep hierbij aansluiten. Het heelal zal dan voor nog levende kosmologen een koude en geïsoleerde plaats zijn. Het zal een waarnemingshorizon bezitten vergelijkbaar met die van een zwart gat. Dan zijn kosmologen elk gegeven over het ontstaan van het heelal kwijt.