Hoe is het heelal ontstaan?

8 minuten leestijd

© -

Hoe is het heelal ontstaan?

Heelal

Je leest nu

Hoe is het heelal ontstaan?

    • Deel op

    • Gekopieerd
  • 35
  • 6491
Bekijk de collectie Bètacanon30 verhalen

De perfecte zomeravond: eerst een prachtige ondergaande zon, dan een heldere nacht met een klein maansikkeltje op een tapijt van duizenden flonkerende sterren. Hét moment voor de grote filosofische vraag: Waar komt dit alles vandaan? Is er een begin of een eind? De planeet, de zon, al die sterren... Hoe is het heelal ontstaan?

Samengesteld door Edda Heinsman

Schooltv legt het ontstaan van tijd en ruimte uit in twee minuten.

Waar komt het idee van de oerknal vandaan?

Als je wel eens op zo’n mooie avond naar de sterren hebt gekeken, ben je niet de enige. Sterrenkundige Edwin Hubble doet dat zo’n honderd jaar geleden ook, maar dan met een goede telescoop. Er staan in die tijd nog grote vragen open: hoe groot is het heelal eigenlijk? Men vermoedt al dat er sterrenstelsels buiten het onze bestaan. Hubble levert het bewijs: hij ziet dat verre stoffige nevels helemaal geen objecten binnen onze eigen Melkweg zijn, maar op zichzelf staande sterrenstelsels. Al deze sterrenstelsels blijken ook nog eens van ons af te bewegen. Ons universum is dus niet alleen groter dan onze eigen Melkweg, het is zelfs aan het uitdijen. 

Een belangwekkende ontdekking, want: wat als je dat omkeert? Als je teruggaat in de tijd, dan beweegt alles naar elkaar toe. Het heelal wordt kleiner. Als je maar ver genoeg teruggaat in de tijd,  13,8 miljard jaar, kom je op een heelal van het formaat van een speldenknop. 

Big Bang

Sterrenkundige Fred Hoyle (1915-2001) was een fervent tegenstander van de theorie waarbij de hele meetbare ruimte ooit niet meer was dan één punt. In plaats daarvan was hij medebedenker van de ‘steady state’ theorie. Hierin probeerde hij het uit elkaar bewegen van sterrenstelsels te verklaren met de vorming van nieuwe stelsels ertussenin. Toch is Hoyle de bedenker van de term ‘Big bang’. Tijdens een discussie op de radio zou hij de term meesmuilend hebben geroepen. De term bleef hangen, en de theorie ook.

Deel alinea

Meer over het zonnestelsel en de planeten ontdek je in deze interactieve videotour van Schooltv. 

Zou er echt een moment geweest zijn dat al die sterrenstelsels, alle materie uit het heelal in één punt zat? En is het universum, de ruimte en de tijd, daaruit met een grote knal ontstaan?

Een uitdijend heelal, wat wil dat zeggen? Govert Schilling legt het uit met een ballon.

Wat is onze plek in het heelal?

Hoe zat het ook al weer? We wonen op planeet aarde. Rond ons zweeft de maan. Samen met zeven andere planeten bewegen we in een baan rond de zon. De zon is een ster, en die beweegt met zo’n honderd miljard andere sterren rond in een enorme platte schijf: de MelkwegHet sterrenstelsel waarin ons zonnestelsel, en dus de aarde, zich bevindt. . Maar de Melkweg is niet alleen, er zijn nog honderden miljarden andere sterrenstelsels. Dit alles samen noem je het universum. Het beroemde filmpje 'Powers of Ten' laat goed zien hoe groot het heelal eigenlijk is. 

© NASA

Onze Melkweg is een spiraalvormig stelsel, vol gas, stof en sterren. Het lijkt een beetje op dit stelsel met de charmante naam: “NGC 3949”.

Deel alinea
"Waar komt dit alles vandaan? Is er een begin of een eind?"

De Britse natuurkundige Stephen Hawking (1942-2018) wordt gezien als een van de belangrijkste wetenschappers van deze tijd. In zijn boeken, met zijn theorieën rondom de oerknal en de ontdekking van zwarte gaten, maakt hij wetenschap toegankelijk voor het grote publiek. Wanneer een ster aan het einde van zijn leven is, ontstaat er een zwart gat. Hawking is de eerste die zwarte gaten vanuit de twee belangrijkste theorieën in de wetenschap bekijkt: de theorie voor het allergrootste en de theorie voor het allerkleinste. Hiermee schrijft hij geschiedenis in de kosmologie. Hawking lijdt aan ALS en overlijdt op 14 maart 2018, op 76-jarige leeftijd.

Stephen Hawking heeft veel betekend voor het onderzoek naar zwarte gaten. Wie is hij precies? De hele uitzending zien? Kijk op NPO Start

Deel alinea

Hoe denkt men dat de geschiedenis van het heelal is verlopen?

Het begint 13,8 miljard jaar geleden met een enorme explosie. Na deze oerknal bestaat het universum volledig uit heet plasmaEen toestand waarin materie kan voorkomen. Andere vormen zijn: vast, vloeibaar en gas. Zeer heet geïoniseerd gas, zoals in de zon of in een vlam, noemt men plasma. . Het heelal zet uit en koelt daardoor af. Zo’n 380 duizend jaar na de oerknal is het heelal zo ver afgekoeld dat elektronenNegatief geladen deeltjes, vormen samen met het proton het atoom.  en protonenPositief geladen deeltje, vormt samen met neutronen (ongeladen deeltjes, dus 'neutraal') de atoomkern.  samen waterstof atomenDe bouwstenen van het heelal. Meerdere atomen samen vormen een molecuul. Het atoom bestaat uit een kern (van protonen en neutronen) met daaromheen elektronen.  kunnen vormen. De elektronen die daarvoor nog vrij door de hete plasmasoep kunnen bewegen, worden nu gevangen. Daardoor wordt het heelal minder dicht en krijgen de lichtdeeltjes die eerst nog opgesloten zaten, wat ruimte om te bewegen. Het heelal wordt van een dichte gloeiende massa plotseling doorzichtig. Een deel van deze lichtdeeltjes reist op dit moment, 2017, nog altijd door de ruimte die inmiddels gigantisch gegroeid is. De deeltjes zijn in die miljarden jaren reizen wel enorm afgekoeld.

In 1965 worden deze deeltjes voor het eerst gemeten: zij vormen de zogenoemde kosmische achtergrondstraling. De achtergrondstraling is niet homogeen verdeeld, er zijn kleine variaties te zien. Het idee is dat deze kleine dichtheidsverschillen konden groeien dankzij de zwaartekracht. De dichtere gebieden trokken meer massa uit de omgeving aan en werden dichter en dichter, tot zo’n 200 miljoen jaar na de oerknal de dichtheid zo hoog werd dat de eerste oer-sterren zich konden vormen. Er ontstonden kleine sterrenstelsels en uiteindelijk ook grotere stelsels. De eerste spiraalstelsels, zoals de Melkweg, ontstonden een kleine vijf miljard jaar na de oerknal. Er bestaan verschillende soorten stelsels, zoals te zien op deze afbeelding.

Duivenpoep of Nobelprijswinnende ontdekking?

In 1965 deden de Amerikanen Wilson en Penzias onderzoek met een grote radiotelescoop. Ze waren op zoek naar heel zwakke radiosignalen en ontdekten een ruis die ze niet konden verklaren, hoe goed ze hun telescoop ook afstelden. De ruis was dag en nacht waarneembaar, hij was dus niet afkomstig van de zon. De ruis kwam van alle kanten. Even dachten ze nog dat het aan de duivenpoep kon liggen die zich op de telescoop verzameld had. Maar na een grondige schoonmaakbeurt bleef de hardnekkige ruis. Het bleek uiteindelijk te gaan om de kosmische achtergrondstraling. Deze straling was al in de jaren 50 voorspeld als een soort nagloeien van de oerknal. Wilson en Penzias kregen de Nobelprijs voor hun ontdekking.

© NASA

De hele geschiedenis van het heelal in één afbeelding.

Welke bewijzen pleiten voor de oerknal?

De kosmische achtergrondstraling en het feit dat sterrenstelsels zich van ons af bewegen en het heelal dus groter wordt, zijn al twee aanwijzingen dat de oerknaltheorie wel eens zou kunnen kloppen. Metingen van heel ver weg staande supernova’s, ontploffende sterren aan het einde van hun leven, bevestigen het versneld uitdijen van het universum. Daarnaast hebben sterrenkundigen nog andere aanwijzingen dat het wel goed zit met de oerknaltheorie. De verhouding van de lichte en zware elementen komt overeen met de voorspellingen. En het lijkt of sterrenstelsels zich inderdaad vormen en ontwikkelen volgens de voorspelling en daarbij klopt de verdeling van stelsels over de ruimte, de grote kosmische structuren.

Vincent Icke geeft uitleg over het begin van het heelal en hoe we dat terugzien in de kosmische achtergrondstraling.

Deel alinea

Als de oerknaltheorie zo goed werkt, valt er dan nog wel iets te onderzoeken?

Het lijkt dus of de oerknaltheorie – ook al werd er in het begin wat lacherig over gedaan – behoorlijk geaccepteerd is. Toch staan er nog een paar grote inhoudelijke vragen open en wordt ook serieus rekening gehouden met een Big Bounce-model. Volgens kosmoloog Daan Meerburg is één van de belangrijkste wetenschappelijke uitdagingen van dit moment het onderzoek naar oer-zwaartekrachtsgolven. Dat zijn een soort rimpelingen, echo’s van de oerknal, die nog aanwezig zouden moeten zijn in de kosmische achtergrondstraling. “Het is echt de Holy Grail,” aldus Meerburg. “Het zou ons heel veel vertellen over de ontstaansgeschiedenis van het heelal. Een Big Bounce is waarschijnlijk minder gewelddadig dan de Big Bang, daarvan zouden we dus ook minder zwaartekrachtsgolven verwachten. Het vinden van die oer-rimpelingen is dus één van de laatste puzzelstukjes in de vraag: was het een Big Bounce of een Big Bang?”

Alternatieve theorieën

Hoewel de oerknaltheorie het heersende model is voor de ontstaansgeschiedenis van het heelal, wordt er druk gerekend aan alternatieven zoals de Big Bounce-theorie. Bij de oerknaltheorie start het heelal met een knal, waarna het heelal alleen maar sneller uitdijt. Volgens de Big Bounce-theorie hebben we een soort in- en uitademend, oscillerend heelal. Aan de uitdijing die we nu waarnemen ging volgens deze theorie dus een krimpend universum vooraf. Big Bounce is een cyclisch model waarin het heelal uitzet en krimpt.

Deel alinea

Teruggaan in de tijd, toen het hele universum nog zo klein als een speldenknop was.

Meerburg maakt deel uit van een team wetenschappers dat werkt aan de Simons Observatory, een nieuw observatorium hoog in de bergen van Chili. Daar gaan ze op zoek naar oer-zwaartekrachtsgolven. Dit wordt ook vanuit de ruimte gedaan, door speciale telescopen die daar rondzweven. Op aarde zijn maar een paar plekken geschikt om te kijken naar de kosmische achtergrondstraling: vanaf de Zuidpool en vanuit de Atacama-woestijn, hoog in de Andes. Daar is de lucht heel schoon en bevatzit weinig vocht dat de waarnemingen verstoort. Met meerdere grote onderzoeksteams wordt koortsachtig gezocht naar de kosmische rimpels.

 Ruimtetelescoop Planck heeft een foto gemaakt van de kosmische achtergrondstraling.

In 2014 is het zo ver, vanaf de Zuidpool zouden inderdaad oer-zwaartekrachtsgolven gemeten zijn! De wetenschappelijke wereld was in rep en roer. Champagneflessen gingen open, er werd gesproken over Nobelprijzen. Helaas bleken er geen oerrimpelingen gemeten, maar stof. “Het is ook echt heel moeilijk om dit soort waarnemingen goed te doen,” zegt Meerburg. “We bevinden ons in de Melkweg en het is heel lastig om dat minieme oeroude signaal, dat we nog altijd ontvangen, tussen al die andere straling uit te filteren.”

Soms gaat het mis met het zoeken naar oerrimpelingen. De hele aflevering zien? Kijk op NPO.nl.

Wat gaat er in de toekomst gebeuren met het heelal?

Het heelal heeft een behoorlijk heftige ontstaansgeschiedenis. Gaan we ook weer zo’n extreme toekomst tegemoet? Helaas, het lijkt erop dat de toekomst van het heelal een treurig verhaal is. Het heelal blijft groeien. De afstanden tussen sterrenstelsels worden alleen maar groter. Alle mogelijke energie wordt over zo’n grote ruimte verdeeld, dat er niets overblijft. Een pikzwarte oneindige lege saaie ruimte.

In de jaren tachtig schatte men de leeftijd van het heelal nog op vijftien miljard jaar.

Er bestaan verschillende alternatieve theorieën over de toekomst van het heelal. Er zou een big crunch kunnen plaatsvinden, een soort omgekeerde oerknal waarbij alle massa weer in elkaar stort naar één punt. Maar er lijkt niet genoeg massa in het heelal om dit te veroorzaken. Een ander alternatief is dat er in dat extreem lege koude universum plots iets heel vreemds gebeurt. De lege ruimte – het vacuüm – bevat tóch energie, en bevindt zich dus niet in de grondtoestandLaagste energietoestand. . Omdat het heelal dus minder leeg is dan we denken zou er een bepaald moment kunnen zijn waarop ineens van alles gebeurt. Heel bizarre dingen, zoals dat elk punt in het heelal verdwijnt in een nieuw heelal.

Hoe de toekomst ook is, een oneindig lege ruimte of een oneindig aantal nieuwe heelallen, wij zijn er dan al lang niet meer om het mee te maken.

Deel alinea

De Melkweg.

In het kort:

  • Het heelal is groter dan ons eigen Melkwegstelsel en wordt groter.

  • Wanneer je terugrekent in de tijd blijkt het heelal 13,8 miljard jaar oud, met een Big Bang ontstaan en sindsdien extreem uitgedijd.

  • Er zijn verschillende observaties die overeenkomen met het Oerknalmodel.

  • Het is ook mogelijk dat het heelal niet met een knal is ontstaan, maar dat we een oscillerend universum hebben, dat eerst groter was, toen is gekrompen en nu weer uitdijt.

  • Om meer te ontdekken over de oorsprong van het heelal staan grote experimenten op het programma.

  • Of het heelal eindigt in een enorm saaie zwarte leegte, in een big crunch, in ontelbaar veel nieuwe heelallen of in iets totaal anders, is onbekend. 

Deel dit venster

collection

Bètacanon

Bètaonderwerpen waar elke Nederlander iets van af zou moeten weten, met onder meer de oerknal, het periodiek systeem en de kwijlende honden van Pavlov.