CERN Accelerating science

De oerknal

In 1929 ontdekte de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble dat de afstanden tot ver weg gelegen sterrenstelsels evenredig waren met hun roodverschuiving. Roodverschuiving treedt op wanneer een lichtbron zich van de waarnemer verwijdert: de schijnbare golflengte van het licht wordt door het dopplereffect uitgerekt naar het rode deel van het spectrum. Hubble’s waarneming impliceerde dat verre melkwegstelsels van ons weg bewegen, aangezien de verste melkwegstelsels de snelste schijnbare snelheden hadden. Als sterrenstelsels van ons weg bewegen, zo redeneerde Hubble, dan moeten ze in het verleden dicht bij elkaar hebben gestaan.

Hubble’s ontdekking was de eerste ondersteuning van Georges Lemaître’s oerknaltheorie van het heelal, die in 1927 werd voorgesteld. Lemaître stelde dat het heelal explosief uitdijde vanuit een extreem dichte en hete toestand, en vandaag de dag nog steeds uitdijt. Latere berekeningen hebben deze oerknal gedateerd op ongeveer 13,7 miljard jaar geleden. In 1998 namen twee teams van astronomen die onafhankelijk van elkaar werkten in Berkeley, Californië, waar dat supernovae – exploderende sterren – zich steeds sneller van de aarde verwijderden. Dit leverde hen in 2011 de Nobelprijs voor natuurkunde op. Natuurkundigen hadden aangenomen dat de materie in het heelal de uitdijingssnelheid zou vertragen; de zwaartekracht zou er uiteindelijk voor zorgen dat het heelal terug zou vallen op zijn centrum. Hoewel de oerknaltheorie niet kan beschrijven wat de omstandigheden waren aan het allereerste begin van het heelal, kan zij natuurkundigen wel helpen de eerste momenten na het begin van de uitdijing te beschrijven.

Origins

In de eerste momenten na de oerknal was het heelal extreem heet en dicht. Toen het heelal afkoelde, ontstonden de voorwaarden voor het ontstaan van de bouwstenen van de materie – de quarks en elektronen waarvan wij allemaal zijn gemaakt. Een paar miljoenste van een seconde later werden quarks samengevoegd tot protonen en neutronen. Binnen enkele minuten werden deze protonen en neutronen samengevoegd tot kernen. Toen het heelal bleef uitdijen en afkoelen, ging alles langzamer. Het duurde 380.000 jaar voordat elektronen vastzaten in banen rond kernen en zo de eerste atomen vormden. Dit waren voornamelijk helium en waterstof, die nog steeds verreweg de meest voorkomende elementen in het heelal zijn. De huidige waarnemingen suggereren dat de eerste sterren zich ongeveer 150-200 miljoen jaar na de oerknal uit gaswolken vormden. Zwaardere atomen, zoals koolstof, zuurstof en ijzer, zijn sindsdien voortdurend geproduceerd in de harten van sterren en door het heelal gekatapulteerd in spectaculaire stellaire explosies die supernovae worden genoemd.

Maar sterren en melkwegstelsels vertellen niet het hele verhaal. Astronomische en natuurkundige berekeningen suggereren dat het zichtbare heelal maar een heel klein beetje (4%) is van waar het heelal werkelijk uit bestaat. Een zeer groot deel van het heelal, in feite 26%, bestaat uit een onbekend soort materie dat “donkere materie” wordt genoemd. In tegenstelling tot sterren en sterrenstelsels zendt donkere materie geen licht of elektromagnetische straling uit, zodat wij haar alleen door haar zwaartekrachtseffecten kunnen waarnemen.

Een nog mysterieuzere vorm van energie, “donkere energie” genaamd, maakt ongeveer 70% uit van de massa-energie-inhoud van het heelal. Er is nog minder over bekend dan over donkere materie. Dit idee komt voort uit de waarneming dat alle sterrenstelsels zich in versneld tempo van elkaar verwijderen, wat impliceert dat er een onzichtbare extra energie aan het werk is.

Geef een reactie

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