De laatste dagen verschijnen er veel berichten over de komende supermaan, die komende maandag 14 november wereldwijd te zien is. Teneur bij websites zoals van de NASA en Space.com is dat het iets spectaculairs zal worden, wat iedereen gezien moet hebben. Collega-Astroblogger Olaf van Kooten heeft er gisteren nog een blog aan gewijd, die duidelijk maakt dat het wel meevalt met dat spectaculaire en dat het hooguit een ‘bijzondere’ supermaan is. Dat ‘ie bijzonder is klopt, want het moment van het bereiken van het perigeum van de maan – da’s de kortste afstand tussen aarde en maan – en dat van de Volle Maan vallen bijna gelijktijdig. Maandag 14 november om 12.21 uur wordt de kleinste afstand bereikt, te weten 356.509 km tussen de middelpunten van aarde en maan (Olaf had andere getallen, maar dat is vanaf het oppervlak van beide hemellichamen gerekend), om 14.52 uur is het Volle Maan, d.w.z. dat hij dan recht tegenover de zon staat, in het sterrenbeeld Ram. De laatste keer dat de afstand tussen aarde en maan kleiner was dat was bijna zeventig jaar geleden, op 26 januari 1948, toen de middelpunten 356.461 km van elkaar afstonden, de volgende keer zal op 25 november 2034 zijn, als de middelpunten elkaar tot 356.445 km naderen. Als Volle Maan en de maan in het perigeum gelijktijdig plaatsvinden (d.w.z. een volle maan die zich voordoet binnen 90% van zijn dichtste nadering tot de aarde) dan noemen we dat een supermaan. De NASA vindt het in ieder geval spectaculair genoeg – vooral omdat de ‘showstopper’ maan dan 14% groter en 30% helderder is – om er deze video over te laten zien.
Of ‘ie echt spectaculair zal zijn moet iedereen zelf maar bepalen. Veel plezier komende maandag. Bron: NASA.
Door een bataljon aan instrumenten – de twee ruimtetelescopen Spitzer en Swift en een aantal aardse observatoria, zoals OGLE – heeft men een bruine dwergster ontdekt met behulp van een zogeheten microlens. De naam van die bruine dwerg heet OGLE-2015-BLG-1319, genoemd naar het aardse experiment dat continu op zoek is naar ‘micro (zwaartekrachts-) lenzen’, het ‘Optical Gravitational Lensing Experiment’. De naam zou ik maar snel vergeten, de aard van deze ontdekking niet. Het is niet alleen voor het eerst dat twee telescopen in de ruimte onafhankelijk van elkaar zo’n effect waargenomen hebben, maar het is ook een bijzondere ontdekking, omdat deze bruine dwerg, die een massa heeft ergens tussen 30 en zestig keer de massa van Jupiter, gelegen is in de zogeheten ‘woestijn’ rondom zijn ster. Als gewone sterren, zoals de zon, een bruine dwerg in hun buurt hebben, dan komt ‘ie slechts in 1% van de gevallen voor in die woestijn, de zone binnen 3 Astronomische Eenheid, da’s pakweg een half miljard kilometer. De afstand van OGLE-2015-BLG-1319 zou op basis van de Spitzer waarnemingen tussen 0,25 en 45 AE zijn, in het eerste geval héél dicht bij z’n ster dus.
De blauwe stippen zijn de waarnemingen met Swift, de rode stippen van Spitzer en de grijze van de aardse observatoria. Credits: NASA/JPL-Caltech
Het zou dus wellicht kunnen dat de woestijn van bruine dwergen niet zo droog is als de sterrenkundigen eerst dachten en dat meer bruine dwergen zich dichtbij hun ster bevinden. Het microlens effect treedt overigens op als een object precies tussen een ster en de aarde inschuift. De massa van het object (in dit geval de bruine dwerg) kromt de omringende ruimte en daardoor werkt die ruimte als een lens, die het licht van de erachter liggende ster versterkt. Dat levert die piek op in de grafiek. Bron: NASA.
Afgelopen dinsdagnacht om 02.00 uur Nederlandse tijd publiceerde Erik Verlinde z’n nieuwe theorie van de zwaartekracht op de ArXiv, de theorie die uitgaat van zwaartekracht als een ‘entropische en emergente kracht’ en die mogelijk een alternatief biedt voor het bestaan van donkere materie én energie. De dag van verschijnen van Verlinde’s vijftig pagina’s tellende artikel – hier te lezen – werd zijn theorie in binnen- en buitenlandse media uitgebreid beschreven én bejubeld en in de Nederlandse pers werden met de regelmaat van de klok vergelijkingen gemaakt met Newton en Einstein, het Parool kopte hem zelfs als ‘de nieuwe Einstein’.
Interessant is de vraag hoe collega-wetenschappers, natuurkundigen en sterrenkundigen, aankijken tegen Verlinde’s ideeën en of ze deze ondersteunen. Via de newsfeeds van de talloze blogs van wetenschappers die ik volg blijf ik dagelijks op de hoogte waarover ze schrijven, maar heel veel wordt er over de nieuwe theorie nog niet geschreven. De paar blogs die ik erover tegenkwam waren over het algemeen gematigd enthousiast tot sceptisch. Een paar meningen eruit geplukt:
de welbekende natuurkundige en publicist Sean Carroll gaat in een vandaag verschenen videoblog (zie bron Preposterous Universe) in op twee recent verschenen artikelen, waarvan eentje die van Verlinde is. Carroll is sceptisch over Verlinde’s theorie, al noemt hij het idee van die entropische zwaartekracht plausibel en zegt hij daar zelf ook mee bezig te zijn. Eén van de claims van Verlinde is dat de afwijkende bewegingen van sterren in ons eigen Melkwegstelsel en in andere melkwegstelsels – weergegeven in de zogeheten vlakke rotatiecurves – naadloos uit zijn berekeningen volgen. Caroll zegt dat dat op zich heel goed mogelijk is en dat de entropische zwaartekracht hierin beter is dan de MOND theorie, die ook een alternatief wil zijn voor Newton’s zwaartekrachtswet. Maar het probleem zit ‘m erin dat er meer argumenten zijn waarom donkere materie bestaat en hij betwijfelt of Verlinde’s theorie die andere argumenten ook kan verklaren. Eén van die andere argumenten is te zien in deze grafiek:
Credit: Planck.
Het is het zogeheten ‘power spectrum’ van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting: CMB), de straling die dateert van 380.000 jaar na de oerknal. In dat spectrum zie je allerlei hoge en lage pieken, die te maken hebben met akoestische oscillaties, die voorkwamen in het heelal ten tijde van het ontstaan van de CMB, het moment van het ‘laatste oppervlak van de verstrooiing’. Waar het om draait is de derde piek in de grafiek, de tweede na de hele grote piek. De hoogte van die derde piek hangt nauw samen met het bestaan van donkere materie, zónder donkere materie valt die derde piek niet te verklaren. Carroll betwijfelt of Verlinde’s theorie in staat is die derde piek vanuit de entropische zwaartekracht te verklaren.
de sterrenkundige Brian Koberlein zegt in een drie dagen geleden verschenen blog dat de entropische zwaartekracht een interessant idee is en dat het ook kan verklaren waarom de zwaartekracht lastig te combineren is met de kwantum mechanica. Hij noemt het ook zeker de moeite waard om het verder te onderzoeken. Hij is echter net als Carroll sceptisch en dat heeft bijvoorbeeld te maken met het feit dat theorieën zoals die van Verlinde en MOND wel de kleinschalige rotatiecurves van sterrenstelsels kunnen verklaren, maar niet de grootschalige bewegingen in bijvoorbeeld clusters en superclusters van sterrenstelsels. Neem bijvoorbeeld de Bulletcluster:
Meer dan tien jaar geleden werd in dit vakartikel al aangetoond dat hetgeen in de Bullet cluster aan de hand is een kans van slechts één op 10^15 heeft dat er géén donkere materie aanwezig is. De scheiding die hier heeft plaatsgevonden tussen gewone materie (in ’t midden, de roze kleur) en donkere materie (aan de buitenkanten, blauw) is alleen met donkere materie te verklaren, tenminste dat dachten we tot voor kort. Vraag is of Verlinde’s theorie de Bullet cluster kan verklaren.
Natuurkundige Peter Woit van de blog Not Even Wrong gaat heel kort in op Verlinde’s theorie. Hij zegt niet te begrijpen hoe de theorie van Verlinde precies in elkaar steekt en hij mist de onderliggende fysieke verklaring van de entropische zwaartekracht. Wat betekent het precies als de donkere materie vervangen wordt door “an elastic response due to the volume law contribution to the entanglement entropy in our universe“, zo vraagt Woit zich af, een stukje van Verlinde’s artikel citerend.
Het is weliswaar geen natuurkundige of sterrenkundige, maar op XKCD, de website die dagelijks cartoons plaatst, kwam vandaag deze cartoon tevoorschijn – een verwijzing naar Verlinde’s theorie:
Samenvattend kunnen we dus zeggen dat men op dit moment nog sceptisch is en dat de grote vraag is of Verlinde’s theorie in staat is om ook de andere waarnemingen, waarin de aanwezigheid van donkere materie een vereiste lijkt te zijn, zoals de derde piek in het power spectrum van de CMB en de waargenomen verschijnselen in de Bullet Cluster, te verklaren…’to fit the data’. The proof is in eating the pudding. We wachten het geduldig af. [Update 12 november 9.15 uur] Ik kwam deze video nog tegen, waarin wetenschapsjournalist Diederik Jekel ingaat op Verlinde’s nieuwe zwaartekrachtstheorie.
In die video komt ook collega-sterrenkundige Margot Brouwer aan het woord, die zeer binnenkort met een artikel komt, waarin de theorie van Verlinde getoetst wordt aan de waarnemingen van rotatiecurves van sterrenstelsels. Het draait daarbij met name om deze formule voor de zogeheten effectieve massa:
2pi/h (MD)2 = MB / 3 A / (4Gh).
Zie dit artikel voor meer uitleg over die formule. Ik begreep dat Brouwer’s artikel volgende week al verschijnt! [Update 12 november 10.00 uur]Een zojuist verschenen blog van natuurkundige Lubos Motl (The Reference Frame) kraakt Verlinde’s theorie compleet af. Ik moet de blog nog even tot mij nemen, later meer. [Update 12 november 13.45 uur] Inmiddels heeft ook de Spaanse natuurkundige Francis Naukas een blog geschreven over Verlinde’s theorie, hier te vinden. Hij vindt de 4,5 miljoen die Verlinde gebruikt heeft voor zijn onderzoek de afgelopen zes jaar meer dan de moeite waard, maar hij heeft ook wel kritiek op de theorie. Ik zal later terugkomen op de kritiek van zowel Motl als Naukas.
Het zit niet echt mee met landingen van Europese ruimtevaartuigen op Mars – Kerstmis 2003 ging het fout met de Britse Beagle 2 lander, een kleine maand geleden was het weer raak met de Schiaparelli lander van de ExoMars 2016 missie. Wat er precies met de Beagle mis was gegaan was lange tijd onbekend, omdat er geen contact was sinds de landing én omdat de lander niet gelokaliseerd kon worden. Tot vorig jaar, toen de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) van de NASA met z’n HiRISE camera na elf jaar de Beagle 2 op Mars had teruggevonden. Als de landing van de Beagle precies volgens het boekje was verlopen, dan had ‘ie er na de landing uitgezien zoals op de afbeelding hierboven te zien is – met vier uitgeklapte zonnepanelen. Wat blijkt nu: met de HiRISE camera zijn acht, nogal wazige foto’s van de Beagle genomen en nadere analyse van die foto’s heeft laten zien dat drie van de vier panelen gewoon uitgeklapt zijn, zoals ’t moest. Alleen het vierde paneel lijkt niet uitgeklapt te zijn en laat die nou net bovenop een cruciale antenne hebben gezeten, die voor het contact met de aarde essentieel was.
Credit: Tim Parker/JPL/NASA/University of Leicester
Wetenschappers van de universiteit van Leicester hebben de beelden van HiRISE geanalyseerd en vergeleken met simulaties van de landing van de Beagle (zie de afbeelding hieronder voor de vergelijking). Dat heeft het inzicht opgeleverd dat de ‘EDL’ van de Beagle 2, z’n Entry, Descent en Landing zoals dat zo mooi heet, goed waren verlopen en dat alleen het uitklappen van het vierde paneel, dat ná de landing plaatsvond, door één of andere oorzaak niet lukte. Kortom, het succes van de Beagle lag binnen handbereik.
De volgers van astronomisch nieuws zullen het niet zijn ontgaan – komende maandag moét je naar buiten om de spectaculaire supermaan te zien! Dat zeggen althans NASA, Sky & Telescope en SPACE.com – allemaal gerenommeerde websites binnen de sterrenkundige wereld. Maar klopt het beeld van de supermaan wel? Is het echt zo’n spectaculair verschijnsel? Nou, dat valt wel mee. Het is vooral een hype, niets meer.
Het is waar dat bij een supermaan onze kosmische buur wat groter aan de hemel lijkt dan anders, maar het is helemaal geen zeldzaam verschijnsel. We hebben vier keer per jaar een supermaan, dus zo bijzonder is het niet!
Maar wat is een supermaan eigenlijk? Nou, de maan draait in 28 dagen rondom de aarde, maar die omloopbaan is géén volmaakte cirkel. In plaats daarvan is de omloopbaan van de maan een beetje elliptisch van vorm. Dat betekent dat de maan soms dichterbij staat dan anders. Als de maan zich op het punt van haar omloopbaan bevindt waarbij de afstand tot de aarde het kleinst is, dan spreken we van het perigeum.
Als het tijdens het perigeum toevallig ook volle maan is, dan spreken we van een supermaan. De maan is dan wat groter dan bij een normale volle maan, maar zoals gezegd: dat verschil is niet heel groot. Daarnaast hebben we meerdere keren per jaar zo’n supermaan, dus waarom maken alle websites en magazines daar iedere keer zo’n heisa van? Ik begrijp het niet.
Maar goed, toegegeven, komende supermaan is een beetje bijzonder. Komende maandag zal de volle maan de aarde naderen tot een afstand van 348.400 kilometer. De maan heeft sinds januari 1948 niet meer zo dichtbij gestaan, en dat zal ook niet meer gebeuren tot november 2034. Maar laat je kinderen gerust liggen ’s nachts en blijf zelf ook lekker liggen – het verschil met een normale supermaan is slechts ongeveer 100 kilometer en dat is op kosmische schaal veel te klein om tot een opvallend verschil te leiden. Ergo: bij deze supermaan is de maan slechts ietsjes groter dan bij een normale supermaan en dat verschil zie je echt niet.
Overigens zal ik het toejuichen hoor als mensen naar buiten gaan om foto’s te maken van de volle maan. Want iedere volle maan, supermaan of niet, is schitterend 🙂
Noot: Het begrip supermaan is trouwens helemaal geen astronomische term, maar is voor het eerst in 1979 gebruikt door de astroloog Richard Nolle. Astrologie is, zoals we allemaal weten, nonsens en kwakzalverij en heeft niets met astronomie (sterrenkunde) te maken!
Montage van een volledige zonnecyclus. Credit: ISAS/NASA/David Chenette, Joseph B. Gurman, Loren W. Acton]
Zonachtige sterren vertonen een magnetische cyclus – onze moederster heeft bijvoorbeeld een cyclus van activiteit van 11 jaar – die meetbaar zijn in de vorm van cyclische veranderingen in de eigenschappen van de zon. Hierbij moet je denken aan het stralingsniveau, het aantal zonnevlekken en het aantal zonnevlammen. Tijdens zo’n cyclus zal het magnetische veld van de zon zich omkeren en van polariteit veranderen. Maar geldt dit ook voor sterren aan het koele einde van de hoofdreeks?
Dwergsterren staan de laatste jaren volop in de belangstelling, vanwege hun potentie om leefbare exoplaneten te herbergen. Nu zijn dwergsterren veel koeler dan de zon, zodat de leefbare zones van dit soort sterren zich heel dicht bij hun zon bevinden. Het is daarom belangrijk om het magnetische gedrag van dergelijke sterren te doorgronden. Vertonen ze zon-achtige cycli van activiteit die naburige planeten kunnen beïnvloeden?
Vergelijking tussen de zon en een rode dwerg waarbij meerdere planeten zijn ontdekt. Credit: ESO
Overigens bestaat er een belangrijk verschil tussen ultrakoele dwergen (rode dwergen van spectraaltype M7 of hoger, en bruine dwergen) en zonachtige sterren: hun inwendige structuur. Zonachtige sterren hebben een convectieve zone in een envelop rondom een centrale stralingszone. Ultrakoele dwergen zijn echter volledig convectief. Theoretische studies die verricht zijn naar het genereren van magnetische velden in sterren hebben uitgewezen dat volledig convectieve sterren vermoedelijk geen magnetisch veld op grote schaal kunnen produceren. Nu hebben recente radio-observaties dit beeld mogelijk veranderd.
In 2010 werd bij de bruine dwerg 1047+21 een radiovlam gevonden die vrijwel geheel in een enkele richting gepolariseerd was. Toen dezelfde ster in 2013 opnieuw opvlamde, bleek de polariteit te zijn omgekeerd! Zouden ultrakoele dwergen dan toch zonachtige cycli van activiteit kunnen vertonen? Het lijkt erop! De betrokken onderzoekers zijn meteen op zoek gegaan naar aanvullende dwergen die hetzelfde gedrag vertonen en wisten er zowaar 14 te vinden.
Dit alles betekent dat onze modellen over het ontstaan van magnetische velden in sterren aan herziening toe zijn. Schijnbaar is de interactie tussen een stralingslaag en een convectielaag niet noodzakelijk voor de productie van een magnetisch veld op grote schaal. Het begrijpen van dit proces is belangrijk om de leefbaarheid van exoplaneten bij ultrakoele dwergen beter te doorgronden.
Credit: M. Kaufman; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble Space Telescope
Astronomen hebben met behulp van de ALMA (de Atacama Large Millimeter Array) een tsunami van gas en sterren gevonden, die dwars door de schijf van het spiraalstelsel IC 2163 raast. Deze vloedgolf van materiaal, ontstaan als gevolg van een interactie met het naburige spiraalstelsel NGC 2207, heeft heldere bogen van stervorming doen ontstaan, die qua vorm aan een stel oogleden doen denken.
Hoewel interacties tussen sterrenstelsels heel algemeen zijn, zijn slechts een paar stelsels met oogleden bekent. Dat komt doordat zo’n ooglid een levensduur heeft van zo’n 20 miljoen jaar – een oogwenk in het totale leven van een sterrenstelsel. Het interacterende paar sterrenstelsels in kwestie bevindt zich op een afstand van 114 miljoen lichtjaar vanaf de aarde, in de richting van het sterrenbeeld Grote Hond. De spiraalstelsels IC 2163 en NGC 2207 zijn in het verleden vlak langs elkaar gevlogen en zullen in de toekomst vermoedelijk gaan samensmelten.
Met behulp van de gevoelige microgolf-ogen van ALMA heeft men de beweging van koolmonoxide binnen de oogleden in kaart gebracht. Koolmonoxide kan gebruikt worden om de aanwezigheid van moleculair waterstofgas – het basisingrediënt voor de productie van nieuwe sterren – te traceren. Uit de metingen is gebleken dat het gas in de buitendelen van het ooglid van IC 2163 met een snelheid van 100 km/s naar binnen valt. Op een gegeven moment wordt het gas echter sterk afgeremd en ontstaat er een “verkeers-opstopping” die langzaam met de rest van de schijf zal geen meedraaien.
Je kunt het vergelijken met een enorme vloedgolf die met een enorme kracht over de oceaan raast, maar aan de kust wordt afgeremd. Alle materiaal in die golf zal worden afgezet aan het strand. Iets soortgelijk vindt plaats bij IC 2163. Een vloedgolf van gas raast door het centrum, waarbij moleculair gas in een nauwe strook wordt afgezet. Het gas heeft hierbij een dusdanig hoge dichtheid bereikt, dat de productie van talloze heldere nieuwe sterrenclusters op gang is gekomen in de vorm van het ooglid.
Vrijdag 11 november wordt door Jos Nijland bij sterrenkundevereniging Chr. Huygens in Papendrecht een lezing gegeven genaamd ‘Meteoren in al haar schoonheid’. Als (voormalig) secretaris van ‘Stichting J.C. van der Meulen’ en lid van de ‘Dutch Meteor Society’ (www.vallendesterren.info) promoot Nijland sterrenkunde in zijn algemeenheid met als specialiteit het waarnemen van meteoren. Vanaf 1980 registreert hij meteoren, ongeveer 20.000 tot nu toe, met het blote oog, fotocamera of video. Alle waarnemingen worden gebruikt voor de wetenschap.
Vragen, vragen, vragen
Wat speelt er zich allemaal af buiten onze aarde? Hoeveel sterren en planeten zijn er? Waaruit zijn bouwd? Hoe ontstaan meteoren en waar komen ze vandaan? Wat is een vuurbol? En hoe weten we dit allemaal? Allemaal vragen. De mens is van nature nieuwsgierig en is altijd op zoek naar het onbekende. Meteoren, ook wel ‘vallende sterren’ genoemd, zijn er altijd. Wat zijn het? Waar komen ze vandaan? Welke eigenschappen hebben ze? Soms zie je er meer, soms minder. Het varieert voortdurend. En waar is het nog echt donker? Het is het wachten op het onverwachte. Verschijnt die ene vuurbol, of niet? Of was het toch een UFO?
Expedities
In de afgelopen jaren heeft Jos Nijland deelgenomen aan vele expedities o.a. in China, Roemenië, Frankrijk en Spanje met als doel meteoren(uitbarstingen) te registreren. De vele resultaten hiervan zijn vastgelegd in vele unieke foto’s en videobeelden. Een verhaal aangevuld met een PowerPointpresentatie met veel foto’s, illustraties en filmpjes. De zaal is open om 20.00 uur en de lezing begint om 20.30 uur. Bron: Huygens.
Protoplanetaire schijven, waargenomen met SPHERE. Credit:ESO
Scherpe nieuwe opnamen laten opvallende structuren zien in de planeet-vormende schijven rond jonge sterren. Dankzij het SPHERE-instrument van ESO’s Very Large Telescope is het nu mogelijk om de complexe dynamica van jonge zonnestelsels waar te nemen – in één geval zelfs in realtime. De onlangs gepubliceerde resultaten van drie teams van astronomen [1]Hier de drie gepubliceerde vakartikelen: Onderzoeksartikel van Jos de Boer et al., Onderzoeksartikel van Christian Ginski et al., Onderzoeksartikel van Tomas Stolker et al. laten op indrukwekkende wijze zien hoe goed SPHERE in staat is om vast te leggen welke uitwerking planeten hebben op de schijven waaruit zij geboren worden.
Drie teams van astronomen hebben gebruik gemaakt van SPHERE, een geavanceerd instrument voor de jacht op exoplaneten van de Very Large Telescope (VLT) van de ESO-sterrenwacht op Paranal, om licht te werpen op de raadselachtige evolutie van jonge planetenstelsels. De explosieve toename van het aantal bekende exoplaneten van de afgelopen jaren maakt dit onderzoeksgebied tot een van de meest dynamische onderdelen van de moderne astronomie.
Schijf rond de jonge ster RXJ1615. Credit:ESO, J. de Boer et al.
We weten inmiddels dat planeten ontstaan uit enorme schijven van gas en stof die rond pasgeboren sterren draaien: zogeheten protoplanetaire schijven. Deze kunnen kunnen afmetingen van honderden miljoenen kilometers bereiken. Mettertijd klonteren de deeltjes in deze schijven samen om uiteindelijk uit te groeien tot planeten. Over de precieze details van dit planeetvormingsproces bestaat echter nog veel onduidelijkheid.
SPHERE is een recente aanwinst in het instrumentenarsenaal van de VLT. Dankzij een combinatie van nieuwe technieken kan dit instrument de fijne details van protoplanetaire schijven rechtstreeks vastleggen [2]SPHERE heeft in juni 2014 zijn eerst licht opgevangen. Het instrument maakt gebruik van geavanceerde adaptieve optiek die de beeld-vertroebelende werking van de aardatmosfeer tegengaat. Een … Continue reading. De interactie tussen protoplanetaire schijven en hun planeten-in-wording kan allerlei structuren in de schijven laten ontstaan: enorme ringen, spiraalarmen en donkere leemten. Deze zijn van bijzonder belang, omdat er nog geen eenduidig verband is ontdekt tussen deze structuren en de planeten die hen hebben veroorzaakt. Astronomen willen dit vraagstuk maar al te graag oplossen en de specifieke eigenschappen van SPHERE stellen hen in staat om de opvallende structuren van protoplanetaire schijven direct waar te nemen.
Schijf rond de ster HD135344B. Credit:ESO, T. Stolker et al.
Dat is bijvoorbeeld gebeurd bij RXJ1615, een jonge ster in het sterrenbeeld Schorpioen, op 600 lichtjaar van de aarde. Een team onder leiding van Jos de Boer van de Sterrewacht Leiden heeft een complex stelsel van concentrische ringen rond deze ster ontdekt, dat qua vorm (maar niet qua afmetingen!) aan het ringenstelsel van de planeet Saturnus doet denken. Zo’n complexe structuur is nog maar bij een handjevol protoplanetaire schijven waargenomen. Opmerkelijk genoeg lijkt dit specifieke stelsel nog maar 1,8 miljoen jaar oud te zijn en er zijn aanwijzingen dat het planeetvormingsproces nog in volle gang is. De leeftijd van de pas ontdekte protoplanetaire schijf maakt RXJ1615 tot een belangrijk object: de meeste andere protoplanetaire schijven die tot nu toe zijn gedetecteerd zijn namelijk relatief oud of ver geëvolueerd.
Het onverwachte resultaat van De Boer kreeg al snel een vervolg. Een team onder leiding van Christian Ginski, ook van de Sterrewacht Leiden, heeft HD97048 onder de loep genomen – een jonge ster in het sterrenbeeld Kameleon, op ongeveer 500 lichtjaar van de aarde. Uit een nauwgezette analyse blijkt dat ook in de jonge schijf rond deze ster concentrische ringen zijn ontstaan. De symmetrie van de beide systemen is een verrassend resultaat, aangezien de meeste protoplanetaire stelsels allerlei asymmetrische spiraalarmen, leemten en wervelingen vertonen. Dankzij deze ontdekkingen is het aantal bekende schijven met meerdere sterk symmetrische ringen aanzienlijk toegenomen. Chameleon,
Een bijzonder spectaculair voorbeeld van een asymmetrische schijf is vastgelegd door een groep astronomen onder leiding van Tomas Stolker van het Anton Pannekoek Instituut voor Sterrenkunde van de Universiteit van Amsterdam. Deze schijf omringt de ongeveer 450 lichtjaar verre ster HD135344B. Hoewel deze ster al vaker goed is onderzocht, heeft SPHERE nieuwe structuren in zijn protoplanetaire schijf kunnen vastleggen, waaronder een grote centrale leemte en twee opvallende spiraalarmen. Vermoed wordt dat deze zijn veroorzaakt door een of meer zware protoplaneten, die tot Jupiter-achtige werelden zullen evolueren.
Ook zijn vier donkere vegen, waarschijnlijk de schaduwen van bewegend materiaal in de schijf van HD135344B, waargenomen. Een van die vegen is in de maanden tussen waarnemingsperioden duidelijk veranderd: een zeldzaam voorbeeld van een realtime-waarneming van planetaire evolutie, die erop wijst dat er in het centrale deel van de schijf veranderingen optreden die niet rechtstreeks waarneembaar zijn met SPHERE. Dat levert niet alleen mooie plaatjes op: de flakkerende schaduwen bieden astronomen de unieke mogelijkheid om de dynamica van de binnenste regionen van de schijf te onderzoeken.
Net als de concentrische schijven die door De Boer en Ginski zijn ontdekt, bewijzen deze waarnemingen van het team van Stolker dat de complexe en veranderlijke omgeving van de schijven rond jonge sterren nog steeds verrassende nieuwe waarnemingen kan opleveren. Door een indrukwekkende hoeveelheid gegevens over deze protoplanetaire schijven te verzamelen, is de oplossing van het vraagstuk hoe planeten de vorm van hun schijf beïnvloeden weer een stapje dichterbij gekomen. Bron: ESO.
SPHERE heeft in juni 2014 zijn eerst licht opgevangen. Het instrument maakt gebruik van geavanceerde adaptieve optiek die de beeld-vertroebelende werking van de aardatmosfeer tegengaat. Een coronagraaf houdt het meeste licht van de centrale ster tegen en met een combinatie van differentiaal-beeldvorming en polarimetrie wordt het licht van structuren in de schijf geïsoleerd.
Een nieuwe theorie van de zwaartekracht biedt mogelijk een alternatief voor donkere materie. Dat blijkt uit vandaag gepubliceerd onderzoek van hoogleraar Erik Verlinde (Universiteit van Amsterdam, Spinozaprijs 2011), vermaard theoretisch natuurkundige en expert op het gebied van de snaartheorie.
In 2010 verraste Erik Verlinde de wereld met een compleet nieuwe kijk op de zwaartekracht. In zijn beschrijving is de zwaartekracht geen fundamentele kracht, maar een verschijnsel dat tevoorschijn komt uit een onderliggende theorie. Vergelijk het met het begrip temperatuur, dat geen op zichzelf staand verschijnsel is, maar voortkomt uit de bewegingen van grote hoeveelheden microscopische deeltjes, zoals atomen of moleculen.
Informatie als bouwsteen
De bouwstenen waar Verlindes theorie uit is opgebouwd zijn fundamentele brokjes informatie, opgeslagen in de structuur van ruimtetijd. Die informatiebrokjes zou je kunnen vergelijken met bits, de informatie-eenheden van een computer. En zoals temperatuur voortkomt uit de bewegingen van microscopische deeltjes, zo komt de zwaartekracht tevoorschijn uit de onderliggende veranderingen van de fundamentele informatie-bits. De veranderingen van de microscopische informatiebrokjes nemen wij waar als de kracht die appels uit bomen doet vallen en satellieten in hun baan om de aarde houdt.
Donkere materie als superlijm
Verlinde had in 2010 al laten zien dat de beroemde tweede wet van Newton (F=m ? a: kracht is massa maal versnelling) afgeleid kan worden uit deze principes. Voortbouwend op zijn theorie geeft hij nu een mogelijk alternatief voor donkere materie. Volgens de gangbare opvattingen dient deze donkere materie als ‘superlijm’ om sterrenstelsels en ook clusters van sterrenstelsels bij elkaar te houden. De snelheden waarmee sterren in de buitengebieden van sterrenstelsels bewegen zijn namelijk veel hoger dan je op grond van de zichtbare massa in zo’n sterrenstelsel zou verwachten.
Om voldoende aantrekkende zwaartekracht te genereren, is er maar liefst vijf keer meer donkere materie nodig dan er gewone, zichtbare materie is. Het is voor natuurkundigen en astronomen echter nog een raadsel waar die donkere materie uit bestaat.
Aansluiting bij waarnemingen
Volgens Verlinde is die extra donkere materie helemaal niet nodig. In zijn nieuwe publicatie, die vandaag online verschijnt, laat hij zien hoe de afwijkende bewegingen van sterren in ons eigen Melkwegstelsel en in andere melkwegstelsels (zie afbeelding hieronder) naadloos uit zijn berekeningen volgen. Verlinde laat daarmee voor het eerst zien dat zijn theorie aansluit bij de waarnemingen van astronomen.
Draaisnelheden van sterren in een sterrenstelsel. Volgens Newtons zwaartekrachtswetten zouden sterren in de buitengebieden van sterrenstelsels langzamer moeten gaan bewegen naarmate de afstand tot de kern groter wordt. (Gestippelde lijn.) In de praktijk wordt echter waargenomen dat de snelheid gelijk blijft of, zoals in dit geval, zelfs toeneemt. (Doorgetrokken lijn.) Afbeelding: Stefania Deluca.
Op het eerste gezicht vertoont Verlindes theorie gelijkenissen met andere aanpassingen van de zwaartekracht zoals MOND (Modified Newtonian Dynamics). Door subtiele aanpassingen van de zwaartekracht in sterrenstelsels lukte het Mordehai Milgrom in 1983 om, zónder donkere materie, het merkwaardige gedrag van sterrenstelsels te verklaren. Verlindes nieuwe theorie is echter geen aanpassing van een bestaande theorie, zoals MOND dat is, maar een theorie die uitgaat van volledig nieuwe basisprincipes.
Uitbreiding holografisch principe
Verlinde geeft met zijn theorie een uitbreiding aan het holografisch principe, begin jaren negentig ontwikkeld door zijn leermeester Gerard ’t Hooft (Nobelprijs 1999). Volgens dat principe is alle informatie die het heelal bevat te beschrijven op een denkbeeldige schil rondom het universum. Verlinde laat nu zien dat dit principe in ons eigen heelal een correctie behoeft: niet álle informatie is op deze schil af te beelden. Een deel van de informatie, het deel dat de zogeheten donkere energie in ons heelal beschrijft, blijft daadwerkelijk over de hele ruimte verspreid. Verlinde toont in zijn artikel aan dat deze extra informatie een meetbaar effect heeft op de materie in het heelal – het effect dat tot nu toe werd toegeschreven aan de donkere materie.
Wetenschappelijke revolutie
‘Onze gangbare ideeën over ruimte, tijd en de zwaartekracht moeten hoognodig op de schop,’ zegt Verlinde. ‘We weten al heel lang dat Einsteins theorie van de zwaartekracht niet door één deur kan met de quantummechanica. Veel natuurkundigen zoals ik werken aan een herziening van de theorie. Onze inzichten zijn drastisch aan het veranderen, en ik denk dat we ons aan de vooravond van een wetenschappelijke revolutie bevinden.’ Bron: UvA + Quantum Universe.
