Inleiding tot stof

Kosmologie

Kosmologie in het algemeen houd zich bezig met de ontstaansgeschiedenis van het Heelal. Deze beschrijving draagt al in zich mee dat er een ontstaan is geweest; en het idee dat wetenschappers zich ermee bezighouden geeft aan dat we er dingen over kunnen zeggen die filosofische kronkels overstijgen.

Het is nog niet zo lang dat we kosmologie als wetenschap kunnen zien, ookal hebben mensen er al duizenden jaren lang ideeen over gehad. Dit heeft vooral te maken met de grote vooruitgang die is geboekt in de waarnemingen die we kunnen doen. Dat is begonnen met de waarnemingen van Edwin Hubble dat melkwegstelsels van ons vandaan lijken de vliegen, en gaat vandaag de dag nog door met ruimtemissies als de onlangs gelanceerde Planck satelliet.

Hoe weten we dat de Oerknal heeft plaatsgevonden?

De eerste aanwijzing dat het Heelal een begin heeft gehad (buiten de minder geijkte geschriften) is een waarneming die iedereen kan doen wanneer de Zon niet aan het firmament staat: het is 's-nachts donker. Dit staat bekend als de Paradox van Olbers. De redenatie is als volgt: Als het Heelal oneindig groot is en er zijn oneindig veel sterren, dan zou in elke richting waar we kijken wel een ster te zien moeten zijn. Dit is niet het geval, dus een van de (al dan niet impliciete) aannames moet onjuist zijn. De oplossing werd aangedragen door de schrijver Edgar Alan Poe (1848):

"Were the succession of stars endless, then the background of the sky would present us a uniform luminosity, like that displayed by the Galaxy -since there could be absolutely no point, in all that background, at which would not exist a star. The only mode, therefore, in which, under such a state of affairs, we could comprehend the voids which our telescopes find in innumerable directions, would be by supposing the distance of the invisible background so immense that no ray from it has yet been able to reach us at all."
Ofwel: het Heelal is nog niet oud genoeg om het licht van de verste sterren hier te brengen.

In 1929 was het Edwin Hubble die voor het eerst de uitdijing van het Heelal waarnam. Hij liet zien dat de nevels waarvan hij eerder had aangetoont dat ze niet in onze Melweg lagen, bijna allemaal van ons vandaan bewegen. Dit paste heel goed binnen de nieuwe theorie van de zwaarte kracht die Einstein elf jaar daarvoor had gepubliceerd. Als het Heelal op dit moment uitdijt, dan moet het vroeger dus kleiner zijn geweest. Dit is voor het eerst dat wetenschappers serieus nadenken over een Oerknal theorie. Maar de echte klapper kwam in 1965.

De originele grafiek van Hubble

Toen waren het Penzias en Wilson die de Kosmische Microgolf Achtergrond (CMB) ruis ontdekten. Deze straling komt van alle kanten met (vrijwel exact) evenveel energie, en is volgens de oerknaltheorie 380.000 jaar na de oerknal ontstaan. De CMB laat ons in feite zien hoe het Heelal er toen (13,4 miljard jaar geleden) uitzag. Na deze ontdekking twijfelde bijna niemand meer aan de theorie van de oerknal.

Kosmische Achtergrond straling als waargenomen door de WMAP satelliet.
credit: NASA

Het onstaan van sterren, melkwegstelsels en grotere structuren

In die opname van meer dan 13 miljard jaar geleden kunnen we zien dat het Universum buitengewoon egaal moet zijn geweest. De variaties die we kunnen waarnemen in de temperatuur van de CMB zijn van een orde 1 op 100.000. Als de Aarde zo vlak was als de CMB, dan was de Grebbeberg haar hoogste top. We kunnen ons afvragen hoe er toch in 13 miljard jaar zoveel structuur is ontstaan als er tegenwoordig is. We zien ten slotte sterren en melkwegstelsels, en melkwegstelsels verzamelen zich in grotere structuren: clusters en filamenten. Het is op die laatste schaal waar we kijken als we het hebben over de grote schaal structuur van het Universum.

distributie van sterrenstelsels als waargenomen met SDSS
credit: SDSS

Bovenstaande figuur is een kaart van een doorsnede van het ''nabije'' universum zoals waargenomen door de Sloan Digital Sky Survey. Elk puntje stelt een melkwegstelsel voor met elk meer dan 100 miljard sterren. Wat meteen opvalt is de sponsachtige structuur van clusters, filamenten en grote leegten (voids) in de verdeling van melkwegstelsels.

Het onderzoek naar de grote schaal structuur van het Universum richt zich erop, te begrijpen hoe de cosmische spons tot stand is gekomen. Bovendien kunnen we hiermee belangrijke onderliggende fysica van het universum testen en hiermee proberen vragen te beantwoorden over zowel het Universum als geheel alsook de aard van de mysterieuze donkere materie.

Last updated june 9nd 2009, Contact me at: