We waren talrijk aanwezig en Josiane en Joseph waren jarig. Proficiat en bedankt voor de tractatie. Voor zij die nog niet gereageerd hebben: even er aan denken om uw aanwezigheid voor het kerstfeest volgende maand op te geven.

Wij betreuren het overlijden van Jef Reynders op de leeftijd van 91 jaar, actieve medewerker van het planetarium en lid van Vendelinus. Aan Maria bezorgden we een rouwkaart, ondertekend door alle aanwezigen.

De vergadering begon in mineur. Er was geen computer aanwezig en het planetarium is in de winterperiode op zaterdag gesloten. Gelukkig was Roland bereid om naar huis te rijden voor zijn laptop.

Ondertussen onderhield Bart ons over zeer recent onderzoek, gedaan op de TU Delft, een Belltest i.v.m. verstrengeling in de quantumtheorie, iets waar Einstein grijze haren van kreeg. We horen er later meer over of ga eens kijken op de webpagina van TU Delft (Loophole-free Bell test-Ronald Hansen-TU Delft).

1915 – 2015: de Algemene relativiteitstheorie (AR)
(Tony)

Volgens Newton (1643-1727) zijn rust en beweging twee van elkaar te onderscheiden toestanden. Absolute beweging wordt beschouwd als het tegenovergestelde van absolute rust (“ether”). De invloed van de gravitatie gebeurt ogenblikkelijk, dus met een oneindig grote snelheid. De eerste die bij dit laatste vragen stelde was Pierre Simon de Laplace (1749-1827).

Einstein bewonderde Ernst Mach (1838-1916), die beweerde dat abstracties als absolute ruimte en absolute tijd moeten vermeden worden. Reeds in 1738 had David Hume in zijn “A Treatise of Human Nature”  geschreven dat tijd als afzonderlijke entiteit niet bestaat. Na zijn speciale relativiteitstheorie (SR), waarin gravitatie helemaal niet voorkomt, worstelde Einstein 10 jaar om hierin ook versnellingen op te nemen.

In de SR vormen ruimte en tijd een eenheid, is gelijktijdigheid relatief, mogen snelheden niet meer eenvoudig opgeteld worden (de lichtsnelheid is de absolute grens) en hierin gaat het om waarnemers die met een constante snelheid bewegen.

Een probleem waar ook Newton mee worstelde: waarom is de trage massa gelijk aan de zware massa?

Gravitatie oefent een 10x grotere kracht uit op een bol van 10 kg dan op een bol van 1 kg. Maar de traagheid (inertie) van een bol van 10 kg is 10x groter dan die van 1 kg.

Trage massa (verzet zich tegen een versnelling) is gelijk aan zware massa (zwaartekracht van het object). Zwaartekracht en versnelling zijn niet van elkaar te onderscheiden!

(Geen verschil merkbaar tussen beide hierboven geschetste situaties)

Je bevindt je in een afgesloten ruimte en je voelt een “aantrekkingskracht”. Nu kun je onmogelijk uitmaken of je op de aarde staat, dan wel in een ruimteschip zit dat met 9,8 m/s² versnelt. De effecten van de gravitatie zijn volkomen equivalent met de effecten van een versnelling. Een versnelling te wijten aan gravitatie is niet te onderscheiden van een versnelling veroorzaakt door andere krachten: dit is het zwakke equivalentieprincipe.

Einstein ging nog een stapje verder: voor een waarnemer in vrije val in een gravitatieveld zijn de uitkomsten van alle lokale experimenten onafhankelijk van de sterkte van het gravitatieveld: het sterke equivalentieprincipe.

In versnelde systemen gaat de Euclidesmeetkunde niet meer op en bijgevolg (zie equivalentieprincipe) geldt dit ook voor een gravitatieveld: ruimte met materie is gekromd! De ruimtekromming ervaren wij als gravitatie.

Deze theorie is zeer dikwijls getest en juist bevonden: zie o.a. de periheliumverschuiving van Mercurius, de lenswerking van zon, sterren en melkwegstelsels (fameuze totale zonsverduistering van 1919).

Wat ook helemaal niet voorkomt in de theorie van Newton, wel bij Einstein, zijn gravitatiegolven.

Gravitatiegolven verplaatsen zich met de lichtsnelheid door de ruimte. Je zou het kunnen vergelijken met geluidsgolven (waar verdichtingen en verdunningen elkaar opvolgen). Elke massa die versneld wordt, zendt gravitatiegolven uit. Hoe groter de massa en hoe groter de versnelling hoe meer vermogen er in de vorm van gravitatiestralen wordt uitgezonden. Ze werden tot heden enkel onrechtstreeks waargenomen. Ze kunnen een heel scala aan frequenties bezitten, van minder dan een nHz (golflengte ongeveer 300 lichtjaar) tot enkele kHz (golflengte enkele km).

Van de dubbelpulsar PSR1913+16, bestaande uit twee om elkaar draaiende neutronensterren, heeft men een afname van de periode van 75 μs per jaar gemeten. Ze spiraliseren naar elkaar met exact de grootte voorspeld door het uitstralen van gravitatiegolven (zie bovenstaande figuur: de volle lijn is berekend met de AR terwijl de punten de metingen voorstellen).

Men doet nu experimenten om gravitatiegolven rechtstreeks te meten. Nabij Pisa in Italië ligt de Virgodetector en in de VS zijn er twee gelijkaardige detectoren (LIGO). Beide armen van de detector zijn 4 km lang en door herhaalde terugkaatsingen in de zogenaamde Fabry-Perot resonantieruimte, wordt de optische lengte enkele honderden km. Ook worden gelijkaardige detectoren gebouwd in Indië en in Japan.

Beide bundels ontmoeten elkaar dan vervolgens in oppositie en doven elkaar uit. De minste verandering in lengte van een van de armen is zichtbaar met de fotodetector want de beide bundels ontmoeten elkaar dan niet meer exact in oppositie. Zeer recent werd de satelliet LISA pathfinder gelanceerd. Het is een testmissie ter voorbereiding van eLISA (zie verder).

Het meten van voorbijtrekkende gravitatiegolven is geen sinecure. We veronderstellen twee neutronensterren op een afstand van 30 000 lichtjaar die op 100 km  van elkaar 100 maal per seconde om elkaar draaien. Hierbij wordt een gravitatievermogen van 10⁴⁵ watt uitgezonden. Dit veroorzaakt op aarde een lengteverandering op een staaf met een factor 10^-18! Hetgeen overeenkomt met het meten van de astronomische eenheid met een nauwkeurigheid ter grootte van een atoom. ESA is een ruimteproject (eLISA) aan het ontwikkelen om gravitatiegolven te detecteren (zie www.einstein-online.info/spotlights/eLISA). De vermoedelijke lancering is voorzien voor 2034.

Besluit: de AR is een veldtheorie waarin zwaartekrachtsgolven zich met de lichtsnelheid voortplanten. Lichtstralen volgen geodeten in de gekromde ruimtetijd (afbuiging van sterlicht nabij grote massa’s) en de vergelijkingen geven ook geen statische oplossing voor het heelal (dit zet uit).

De AR is niet volmaakt. Spoelen we de geschiedenis van het heelal terug, dan komen we in een toestand van singulariteit waarin dichtheid en temperatuur oneindig groot en het volume oneindig klein zou moeten zijn. Een oplossing kan komen van een theorie (quantumgravitatie) die de AR verenigt met de quantumtheorie.

Een beetje astronieuws
(Tony)

Aliens of geen aliens?

Met de ster KIC 8462852, gelegen op een afstand van ca. 1500 lichtjaar was er iets speciaals. De satelliet Kepler, die via de transitmethode exoplaneten opspoort, gaf volgend beeld van de flux afkomstig van deze ster.

Wat waren die grote “dips”?  Een planeet als Jupiter zou slechts 1% van het licht blokkeren, terwijl hier eenmaal 15% en dan zelfs 22 % werd geblokkeerd.

Ging het om een enorme stofschijf rond de ster? Uitgesloten want er werd geen IR-straling waargenomen.

Is de ster een onregelmatig veranderlijke? Dit past niet bij het type ster.

Een instrumentele fout? Is onderzocht en lijkt uitgesloten.

Een zwerm kometen of planetoïden? Ook hier zou je IR-straling verwachten.

Zou het dan om iets kunstmatigs gaan?  Een zogenaamde Kardashev-II type beschaving die in staat zou zijn de hele energie van de ster te benutten? (zie ook https://en.wikipedia.org/wiki/Kardashev_scale)

De Allen Telescope Array in Hat Kreek (VS) heeft lange tijd de ster in de gaten gehouden. Resultaat: niets. Dus toch geen aliens!

De ster WASP-47

Deze ster (afstand ca. 500 lichtjaar) bezit een wel zeer eigenaardige planeten- familie. Rond de ster draaien vier planeten, waarvan drie erg kort bij de ster.

Planeet c, een superaarde loopt in 19 uren rond de ster. Planeet b, een jupiterachtige bezit een periode van 4 dagen en van de neptunusachtige planeet d is de omloopperiode 9 dagen. Het is een dynamisch stabiel systeem, maar gravitatie-invloeden veroorzaken variaties in de transittijden.

Kussende sterren

Met de VLT in Chili werd een heet en zwaar symbiotisch sterrenpaar ontdekt, gelegen in de Tarantulanevel in de Grote Magelhaanse Wolk op een afstand van 160 000 lichtjaar.

De omloop rond het gemeenschappelijk zwaartepunt bedraagt minder dan een dag en de afstand tussen hun middelpunten een 10 miljoen km. Hun onderlinge zwaartekracht vormt een materiebrug tussen de sterren. Hun oppervlakte-temperatuur bedraagt een 40 000 °C en hun gezamenlijke massa 57 maal die van de zon. Hoe zal dit systeem vermoedelijk eindigen?

De sterren smelten samen tot een snel roterende ster die eindigt als een supernova met een gammaflits. Of ze eindigen elk afzonderlijk als supernova en we krijgen twee om elkaar draaiende neutronensterren of zwarte gaten.

Einde van Phobos in zicht?

Het maantje draait op een hoogte van 6000 km rond Mars en is dus onderworpen aan sterke getijdenkrachten. De breuken (groeven; zie foto) werden eerst toegeschreven aan de vorming van de wel erg grote krater Stickney. Er werd toen aangenomen dat Phobos één blok rots was. Vooreerst zouden dan de groeven straalsgewijze t.o.v. deze krater moeten lopen en zouden ze even oud moeten zijn. Beide zaken kloppen niet, ze convergeren naar een andere plaats. Bovendien bleek later dat Phobos poreus is en bestaat uit een vrij losse opeenhoping van puin, omgeven door een 100 m dikke regolietlaag. Als gevolg van de sterke getijdenkrachten verwacht men dat binnen 30 tot 50 miljoen jaar het maantje zal uiteenvallen.

En Pluto blijft maar verbazen!

Hebben we hier te maken met twee ijsvulkanen (cryovulkanisme)? Beide hebben een diameter van ca. 10 km en zijn enkele kilometers hoog.

Op de hieronder weergegeven kaart van Pluto zijn de ontdekte kraters weergeven; het zijn er meer dan 1000. Opvallend: Sputnik Planum (het witte gedeelte) is kratervrij! Deze vlakte kan dus niet ouder zijn dan ongeveer 10 miljoen jaar.