Articles

Oorsprong: CERN: Ideeën: The Big Bang | Exploratorium

Geschiedenis van het heelal
foto: CERN
Klik op de foto om de uitgebreide geschiedenis van het heelal te bekijken.

Wist u dat de materie in uw lichaam miljarden jaren oud is?
Volgens de meeste astrofysici is alle materie die zich tegenwoordig in het heelal bevindt – inclusief de materie in mensen, planten, dieren, de aarde, sterren en sterrenstelsels – ontstaan op het allereerste moment in de tijd, zo’n 13 miljard jaar geleden.
Wetenschappers denken dat het heelal is ontstaan toen elk energiedeeltje in een heel klein puntje was gepropt. Dit extreem dichte punt explodeerde met een onvoorstelbare kracht, waarbij materie ontstond en naar buiten werd gestuwd om de miljarden sterrenstelsels van ons uitgestrekte heelal te vormen. Astrofysici noemden deze titanische explosie de Oerknal.
De Oerknal leek op geen enkele explosie die je vandaag de dag op aarde kunt zien. Een waterstofbomexplosie bijvoorbeeld, waarvan het centrum ongeveer 100 miljoen graden Celsius registreert, beweegt zich door de lucht met ongeveer 300 meter per seconde. Kosmologen daarentegen geloven dat de Big Bang energie in alle richtingen heeft geslingerd met de snelheid van het licht (300.000.000 meter per seconde, een miljoen keer sneller dan de H-bom) en schatten dat de temperatuur van het hele heelal 1000 triljoen graden Celsius was op slechts een fractie van een seconde na de explosie. Zelfs de kernen van de heetste sterren in het huidige heelal zijn veel koeler dan dat.
Er is nog een belangrijke eigenschap van de oerknal die hem uniek maakt. Terwijl een explosie van een door mensen gemaakte bom zich door lucht uitbreidt, breidde de Oerknal zich door niets uit. Dat komt omdat er geen ruimte was om door uit te zetten aan het begin van de tijd. Natuurkundigen geloven eerder dat de oerknal de ruimte zelf heeft gecreëerd en uitgerekt, waardoor het heelal uitdijde.

Een afkoelend, uitdijend heelal

Hubble Deep Field
foto:

Toen het vroege heelal afkoelde, verzamelde de materie die bij de oerknal was ontstaan, zich tot sterren en sterrenstelsels.

Nadat de oerknal kortstondig had plaatsgevonden, zorgde de immense hitte voor omstandigheden die niet te vergelijken zijn met de omstandigheden die astrofysici vandaag de dag in het heelal zien. Terwijl planeten en sterren tegenwoordig zijn opgebouwd uit atomen van elementen zoals waterstof en silicium, geloofden wetenschappers dat het heelal destijds te heet was voor iets anders dan de meest fundamentele deeltjes – zoals quarks en fotonen.
Maar toen het heelal zich snel uitbreidde, werd de energie van de oerknal steeds meer “verdund” in de ruimte, waardoor het heelal afkoelde. Het openen van een bierflesje leidt tot een ongeveer vergelijkbaar afkoelend, uitdijend effect: gas, eenmaal opgesloten in de fles, verspreidt zich in de lucht, en de temperatuur van het bier daalt.
Door snelle afkoeling kon de materie zoals wij die kennen in het heelal ontstaan, hoewel natuurkundigen nog steeds proberen uit te vinden hoe dit precies gebeurde. Ongeveer een tienduizendste van een seconde na de oerknal vormden zich protonen en neutronen, en binnen een paar minuten kleefden deze deeltjes aan elkaar tot atoomkernen, meestal waterstof en helium. Honderdduizenden jaren later kleefden elektronen aan de kernen vast om volledige atomen te vormen.
Ongeveer een miljard jaar na de oerknal zorgden de zwaartekrachten ervoor dat deze atomen zich verzamelden in enorme gaswolken en zo verzamelingen sterren vormden, die sterrenstelsels worden genoemd. De zwaartekracht is de kracht die alle voorwerpen met massa naar elkaar toe trekt – dezelfde kracht die er bijvoorbeeld voor zorgt dat een bal die in de lucht wordt gegooid, op de aarde valt.
Waar komen planeten zoals de aarde vandaan? In de loop van miljarden jaren “koken” sterren waterstof- en heliumatomen in hun hete kernen tot zwaardere elementen als koolstof en zuurstof. Grote sterren exploderen na verloop van tijd, waarbij deze elementen de ruimte in worden geblazen. Deze materie condenseert dan tot de sterren, planeten en satellieten waaruit zonnestelsels zoals het onze bestaan.

Hoe weten we dat de oerknal heeft plaatsgevonden?
Astrophysici hebben in de afgelopen honderd jaar een groot aantal overtuigende bewijzen gevonden die de Big Bang theorie ondersteunen. Een van deze bewijzen is de waarneming dat het heelal uitdijt. Door te kijken naar het licht dat door verre sterrenstelsels wordt uitgezonden, hebben wetenschappers ontdekt dat deze sterrenstelsels zich snel van ons sterrenstelsel, de Melkweg, verwijderen. Een explosie zoals de oerknal, die materie vanuit een punt naar buiten deed vliegen, verklaart deze waarneming.


Wist u dat de ruis op uw televisie wordt veroorzaakt door straling die is overgebleven van de oerknal?

Een andere belangrijke ontdekking was de waarneming van lage niveaus van microgolven in de ruimte. Astronomen geloven dat deze microgolven, waarvan de temperatuur ongeveer -270 graden Celsius bedraagt, de overblijfselen zijn van de extreem hoge-temperatuurstraling die door de oerknal is geproduceerd.
Interessant is dat astronomen een idee kunnen krijgen van hoe heet het heelal vroeger was door met krachtige telescopen naar gaswolken in de verte te kijken. Omdat het miljarden jaren kan duren voordat het licht van deze wolken onze telescopen bereikt, zien we zulke lichamen zoals ze er eonen geleden uitzagen. En zie, deze oude gaswolken blijken heter te zijn dan jongere wolken.
Wetenschappers hebben de oerknaltheorie ook kunnen bevestigen door de relatieve hoeveelheden van de verschillende elementen in het heelal te meten. Zij hebben ontdekt dat het heelal ongeveer 74 massaprocent waterstof en 26 massaprocent helium bevat, de twee lichtste elementen. Alle andere zwaardere elementen – waaronder elementen die op aarde veel voorkomen, zoals koolstof en zuurstof – vormen slechts een miniem spoor van alle materie.
En hoe bewijst dit iets over de oerknal? Wetenschappers hebben met theoretische berekeningen aangetoond dat deze dichtheden alleen kunnen zijn ontstaan in een heelal dat in een zeer hete, dichte toestand begon, en daarna snel afkoelde en uitdijde. Dit is precies het soort heelal dat de Oerknal-theorie voorspelt.
de volgende pagina…