Universum Archieven - Pagina 24 van 31

Met een dikke waterstofatmosfeer zou exo-aarde OGLE 390Lb toch voldoende warm zijn voor leven, berekenden Pierrehumbert en zijn collega.

Waterstofdeken houdt verre planeet leefbaar

1 reactie / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 12 mei 2011 12 mei 2011

Astro-meteoroloog Pierrehumbert heeft al eerder bizarre exoplaneten bedacht waarop leven kan voorkomen. Zijn nieuwste vondst maakt leven mogelijk op een zware exo-aarde die even ver van de zon staat als Saturnus. Zijn recept: een dikke waterstofdeken.

Waterstof als broeikasgas
Onze aarde wordt warmgehouden door het broeikaseffect van onder meer kooldioxide. Kooldioxide en waterdamp, de voornaamste broeikasgassen op aarde, bevriezen bij de temperaturen die op bijvoorbeeld Saturnus heersen. Echter: ook waterstof kan werken als broeikasgas, als de atmosferische druk maar voldoende hoog is.

Raymond Pierrehumbert aan de Universiteit van Chicago en Eric Gaidos aan de Universiteit van Hawaï in Honolulu berekende het verwarmende effect van een waterstof-deken op Aarde-achtige planeten en super-aardes . Zij vonden dat een waterstof-atmosfeer, tientallen keren dikker dan onze stikstof-zuurstof atmosfeer, een dergelijke planeet warm zou houden tot 15 maal de afstand van de aarde van de zon (dus 2,25 miljard kilometer). Ondanks de dikte van deze buitenaardse atmosfeer, berekenen Pierrehumbert en Gaidos dat voldoende zonlicht voor fotosynthese het oppervlak van de planeet zou bereiken.

Miljoenen extra bewoonbare exoplaneten?
“Het is een slim idee,” zegt James Kasting van Pennsylvania State University in University Park, “maar ik ben sceptisch over de vraag of deze planeten zich ooit kunnen vormen.” Hij betwijfelt dat een aarde-achtige planeet of super-Aarde voldoende waterstof aan kan trekken uit de wolk van gas rondom een â€‹â€‹jonge ster.

Kasting voegt hieraan toe dat planeten ver van hun ster zwakker en moeilijker te zien zullen worden dan planeten vlak bij hun ster, dus het vinden van deze verre werelden zal veel moeilijker zijn, net als het bestuderen van hun atmosfeer. Daar staat tegenover dat dit mechanisme het gebeid waarbinnen leven kan voorkomen enorm zou uitbreiden. Veel bekende exoplaneten zijn volgens de klassieke modellen te koud om leven te ondersteunen.

“Koude” exoplaneet toch bewoonbaar?
Pierrehumbert en Gaidos wijzen toch op een bekende planeet die past in hun scenario. De planeet OGLE-05-390Lb is ongeveer zes keer zo zwaar als de aarde. De planeet draait rond een rode dwerg – een kleine, koele, zwakke ster – op 2,6 maal afstand van de aarde van de zon. Een naakte planeet zo ver van een dergelijk zwakke ster zou een ijskoude wereld zijn. Maar met een dikke beschermende waterstofatmosfeer zou in potentie vloeibaar water voorkomen aan het oppervlak, zeggen de onderzoekers in een studie die zal verschijnen in The Astrophysical Journal Letters.

Echter: als een verweg gelegen planeet leven zou voortbrengen, kan het zijn eigen doodvonnis tekenen. Sommige typen microben leven door waterstof en kooldioxide te combineren tot water en methaan. Door het afbreken van deze broeikasgassen zouden de microben de planeet veranderen in een levenloze ijsbal. Aan de andere kant: waarschijnlijk komt er op een dergelijke waterstofrijke planeet helemaal geen kooldioxide voor, maar net zoals op Jupiter en Saturnus alleen methaan. En laat methaan nou net ook een zeer effectief broeikasgas zijn…

Bron
New Scientist

COROT-7b, regens van gloeiend gesteente

1 reactie / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 12 mei 2011 7 december 2021

Vond je het de afgelopen dagen warm? Probeer dan eens een weekje op Corot 7B…

Het vermoedelijke landschap op de verschroeiende exoplaneet Corot 7B. – Straggler op Wikimedia Commons

COROT-7b is groter dan de aarde, met een massa van bijna vijf keer zoveel als onze planeet en meer dan de helft groter. De exoplaneet staat op slechts drie miljoen kilometer van zijn zon (vijftig keer zo dicht als de aarde) en kent letterlijk een verschroeiend klimaat. De planeet is door de korte afstand tot de ster bijna zeker door getijdeeffecten vergrendeld, met de ene kant eeuwige dag, de andere een eindeloze nacht. De enorme hitte en getijdeneffecten maken Corot 7B waarschijnlijk een soort Io op anabole steroïden met heftig vulkanisme.

Kortom: helser dan Corot 7B zijn er maar weinig plaatsen in het heelal. De vermoedelijke weersverwachting: de oppervlaktetemperatuur van de dagzijde loopt op tot rond de 2500 graden Celsius of meer, terwijl de nachtzijde afkoelt tot zo’n zestig kelvin (graden boven het absolute nulpunt). Bij die temperatuur zou onze lucht in zuurstof- en stikstofijs veranderen. Onderzoekers denken dat heftige regens van verdampte steen rond de grens van de dag- en nachtzijde vallen.

COROT-7b: oceaan van gesmolten lava

Vermoedelijk is het oppervlak van COROT-7b een hels landschap van kale rots bezaaid met meren of zeeën van gesmolten lava, de ene kant bakkend onder een gigantische meedogenloze zon, koud en donker aan de andere kant. De atmosfeer bestaat uit verdampt natrium, silicium verbindingen en metalen zoals magnesium, aluminium en ijzer.

Volgens planeetvormingstheorieën is COROT-7b een voorbeeld van een chthonische planeet. Deze term beschrijft werelden waarvan de atmosfeer en de buitenste lagen zijn weggekookt door de extreme omstandigheden dicht bij een ster. COROT-7b is vermoedelijk zijn leven begonnen als een Neptunus-achtige ijsreus of grotere gasreus in de buitenste regionen van haar zonnestelsel, voordat de planeet naar binnen migreerde. Uiteindelijk kookte de moederster alle gas weg waardoor de rotsige, metaalhoudende binnenkern overbleef.

Over enkele miljarden jaren zal ook de aarde een dergelijk lot ondergaan als de zon een rode reus wordt. Eerst zal het water en de atmosfeer worden weggekookt. Uiteindelijk zal de hele planeet worden opgeslokt door de zon (volgens sommige modellen) en verdampen in de zonne-atmosfeer.

COROT-7b werd ontdekt door onderzoekers met behulp van de COROT-satelliet (vandaar de naam), een succesvolle door Fransen geleide missie om stellaire structuren en exoplaneten te onderzoeken en te lokaliseren.

Een grote storm (de paarse vlamachtige structuur) maakt korte metten met de gasvoorraad in dit melkwegstelsel. Bron: ESA

‘Galactische stormen vegen sterrenstelsels schoon’

1 reactie / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 10 mei 2011 10 mei 2011

Het is al tijden een raadsel waarom de kernen van sterrenstelsels zo arm aan gas zijn. Waarnemingen met het PACS instrument aan boord van ESA’s Herschel ruimteobservatorium hebben de dader nu op heterdaad betrapt.

Galactische jeugd eindigt plotseling
In jonge melkwegstelsels (zoals die vlak na het ontstaan van het universum gevormd zijn) worden er veel meer sterren gevormd dan nu. Deze melkwegstelsels lichten fel op door de vorming van kortlevende blauwe reuzensterren. Dan gebeurt er iets, waardoor de stervormingssnelheid plotseling sterk terugvalt en ook het zwarte gat in het centrum veel minder snel groeit.

Sterrenwinden
Het mysterieuze proces slaagt er in, in slechts enkele miljoenen jaren melkwegstelsels schoon te blazen en in één klap tot middelbare leeftijd te brengen.

Waarnemingen van de infrarooddetector en spectrometer PACS aan boord van Herschel hebben nu de oorzaak opgehelderd. Krachtige sterrenwinden, waarschijnlijk opgewekt door de felle stervorming (en vele sterexplosies) en activiteit van het zwarte gat in het centrum van melkwegstelsels, blazen de melkwegstelsels schoon.

De lichtdruk van de felle straling die vrijkomt bij supernova’s en erupties van zwarte gaten blaast de lichte waterstofmoleculen met ongeveer 1000 km per seconde (drie promille van de lichtsnelheid) uit het melkwegstelsel.

Dit proces werkt zeer snel: per jaar verdwijnen op deze manier ongeveer duizend zonsmassa’s uit het galactische centrum, zodat in een paar miljoen jaar miljarden zonsmassa’s aan materie verdwenen zijn. Precies de hoeveelheid ontbrekend interstellair gas en hiermee de verklaring voor de sterk afnemende stervormingssnelheid.

Moleculaire waterstofwolken
PACS is in staat om straling van moleculair waterstof waar te nemen. Juist deze waterstofsoort maakt stervorming mogelijk. Deze waarneming verklaart ook een andere waarneming: de samenhang tussen de massa van sterren in het centrum van een melkwegstelsel en die van het zwarte gat. Zodra de sterrenwinden het centrum schoon hebben geblazen, wordt de massa van het centrum terugggebracht.

Elliptische melkwegstelsels
De enorme elliptische melkwegstelsels zijn het resultaat van botsingen van spiraalstelsels. In elliptische melkwegstelsels komt nauwelijks stervorming voor. Onderzoekers denken daarom dat soortgelijke effecten elliptische melkwegstelsels hebben schoongeblazen.

Opmerkelijk is ook dat in elliptische melkwegstelsels veel minder donkere materie voorkomt dan in spiraalstelsels. Om die reden vermoeden sommige astronomen dat donkere materie voor een deel uit voor radiotelescopen onzichtbare, koude moleculaire waterstofwolken bestaat. Als dat zo is, is deze moleculaire waterstof waarschijnlijk door de sterrenwinden uit de elliptische melkwegstelsels geblazen.

Bronnen
Sturm, E. et al., Massive molecular outflows and negative feedback in ULIRGs observed by Herschel-PACS, The Astrophysical Journal, 2011; 733 (1)
Caught in the Act: Herschel Detects Gigantic Storms Sweeping Entire Galaxies Clean, Science Daily

Volgens Pace en Aaron van Devender hoeven we ons geen zorgen te maken dat de aarde door micro-zwarte gaten wordt opgevreten. Atomen blijven er in een schil omheen zitten.

‘Zwarte gaten vormen atomen’

1 reactie / Universum, Wetenschap, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 5 mei 2011 5 mei 2011

Kleine zwarte gaten verdampen uiteindelijk in een grote explosie. Dat voorspelt Hawkings model van zwarte gaten. Wat als hij niet gelijk heeft? Dan zouden zeer kleine zwarte gaten wel eens een soort atomen kunnen vormen. En kunnen we sporen van ze waarnemen.

Er worden twee soorten zwarte gaten voorspeld. ‘Standaard’ zwarte gaten ontstaan als een zware ster uiteindelijk ineenstort tot een zwart gat (en zijn dus ook enorm groot).
Primordiale zwarte gaten, waarvan het bestaan niet zeker is (al wijzen bepaalde gamma-explosies op hun bestaan) zouden ontstaan zijn vlak na de Big Bang en hebben ongeveer de massa van een grote berg (zijn dus extreem klein, kleiner dan een atoom). Er zou, denken enkelen, overigens ook een derde type zwart gat kunnen bestaan, dat in een cyclisch universum de Grote Krak en daarna de Big Bang heeft overleefd.

In theorie zouden deze zeer kleine zwarte gaten atoom voor atoom eten. Natuurkundigen Pace VanDevender van Sandia National Labs en Aaron VanDevender hebben nu berekend dat dat niet klopt. Op atomaire schaal is de sterkte van de zwaartekracht van een primordiaal zwart gat vergelijkbaar met de elektromagnetische kracht die normale atomen bij elkaar houdt. Beide natuurkundigen denken daarom dat andere atomen zich door kwantumzwaartekrachteffecten in een baan om het micro-zwarte gat gaan nestelen. Er ontstaan dan een vorm van gravitatieatomen met opmerkelijke eigenschappen.

Zeer kleine zwarte gaten (zoals die in het CERN gevormd zouden worden) zouden zo klein zijn, dat zelfs thermische ruis al voldoende is om atomen te laten ontsnappen. Grotere zwarte gaten met een massa van tien tot duizend ton zijn wel voldoende sterk om atomen gevangen te houden en zouden dus omringd moeten zijn door atomen als silicium en ijzer. Dergelijke objecten zijn, denkt het tweetal, waarneembaar als ze op aarde inslaan. Volgens hun berekeningen worden de zwarte gaten losgetrokken van de atomen en is dit waar te nemen als een radiosignaal.
“Een zoektocht naar elektromagnetische signalen van de gravitatieatomen moet zich daarom focussen op snel bewegende, niet-geïdentificeerde RF-bronnen in de ruimte rondom de aarde,” aldus de twee.

Dit past zeker binnen de mogelijkheden van de bestaande waarnemingsapparatuur. Immers, hierbij kan je de gehele dampkring van de aarde gebruiken als een natuurlijke, gigantische zwarte-gat detector. Bij een experiment kan vrij gemakkelijk de golflengte afgeluisterd worden waarbij op aarde inslaande micro-zwarte gaten inslaan, radiostraling uitzenden. Wordt hun bestaan inderdaad aangetoond, dan hebben we weer een nieuwe kandidaat er bij voor donkere materie.

Met mini-zwarte gaten zou je allerlei handige dingen kunnen doen. Als je een zestal kleine zwarte gaten als een zeshoek, in elkaars Lagrangepunten, extreem snel laat rondtollen, zou je een soort Lense-Thirringeffect antizwaartekrachtsgenerator kunnen bouwen. Helaas (of gelukkig; vraatzuchtige zwarte gaten zijn bepaald geen prettige buren) hebben ze volgens Hawking dus de onhebbelijke eigenschap te ontploffen.

Bronnen
1. A. en P. van Devender, Structure and Mass Absorption of Hypothetical Terrestrial Black Holes, Arxiv, 2011
2. Mini Black Holes Could Form Gravitational Atoms, MIT Technology Review 2011

Eindelijk zijn twee voorspellingen van Einstein nu nauwkeurig bevestigd: het frame dragging effect en het geodetische effect.

Twee voorspellingen Einstein eindelijk bevestigd

13 reacties / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 5 mei 2011 5 mei 2011

De zwaartekrachtsatelliet Gravity Probe B heeft eindelijk twee belangrijke voorspellingen van Einstein bevestigd: frame dragging en het geodetische effect.

Volgens Einstein heeft ruimtetijd iets weg van stroop. Frame dragging, ook wel het Lense-Thirring effect genaamd, is het effect dat bij een roterend zwaar object (bijvoorbeeld de aarde) ruimtetijd een beetje mee wordt gesleurd met de draaiing. Het geodetische effect houdt de vervorming van ruimtetijd rond het zware voorwerp in, waardoor ook de rotatie wordt veranderd. Het geodetische effect was al eerder, in 2007, aangetoond.

Het heeft 52 jaar geduurd voordat deze effecten daadwerkelijk werden aangetoond, maar mei 2011 is het eindelijk zover.

De zwaartekrachtssatelliet Gravity Probe B bevatte twee gyroscopen (rondtollende objecten). Als frame dragging en het geodetische effect niet zouden bestaan, zouden ze allebei voor altijd dezelfde richting op draaien en dezelfde asrichting houden. Uit metingen blijkt nu dat er wel degelijk een afwijking is, precies zo groot als de algemene relativiteitstheorie voorspelt. Een juichstemming dus bij de experimentatoren.

Gravity Probe B werd in het verleden vaak geplaagd door problemen, waardoor dit resultaat zo lang op zich liet wachten. In 2005 kwam al een einde aan de missie, maar de onderzoekers moesten door de storingen manieren verzinnen om door de brij meetgegevens toch de effecten te kunnen aantonen. Nu lijkt dat eindelijk gelukt te zijn.

Wetenschappelijk is dit een belangrijk resultaat, maar dit betekent ook dat allerlei exotische dingen als zwaartekrachtstransformatoren mogelijk worden. Het wordt zo mogelijk om bijvoorbeeld ruimteschepen en dergelijke zeer sterk te versnellen zonder dat ze versnelling ondervinden. Wel zijn er voor een significant effect verpletterend grote machines nodig, met een massa zo groot als een ster.

Bronnen
Stanford University
NASA

In de ALPHA detector wordt eerst met heel veel gepriegel antiwaterstof gemaakt. Vervolgens wordt het goedje losgelaten. Boem...

Valt antimaterie nou wel of niet?

2 reacties / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 3 mei 2011 5 mei 2011

Volgens een buitenissige theorie van de theoretisch natuurkundige Villata stoten materie en antimaterie elkaar af. Om voor eens en voor altijd er achter te komen wie gelijk heeft, is nu op het CERN een proef ingezet met meer dan driehonderd atomen antiwaterstof.

Materie en antimaterie
Antimaterie is als het ware normale materie in spiegelbeeld. Het antiproton, bijvoorbeeld, is niet positief maar negatief geladen. Het anti-elektron, het positron, juist positief. Als materie en antimaterie elkaar ontmoeten, ontstaat een enorme explosie (bij één gram antimaterie zo groot als de atoombom op Hiroshima) en worden beiden in straling omgezet. Volgens de gangbare natuurkundige theorieën bestaat er maar één vorm van de zwaartekracht, waarbij deze aantrekkend werkt. Villata denkt daar anders over. Volgens hem stoten materie en antimaterie elkaar af en zet het heelal zo snel uit omdat onzichtbare brokken antimaterie de materie van onze melkwegstelsels afstoten.

Antiwaterstof wegen
Als er een theoretisch meningsverschil is, zit er maar één ding op: een experiment inzetten. In dit geval is dat het wegen van antimaterie. Dat is extreem ingewikkeld. Je moet immers voorkomen dat de antimaterie-atomen gewone materie raken, want dan vernietigen ze elkaar. Vandaar dat natuurkundigen het pas nu aankunnen.

De versnellersring die doorgaans dienst doet om de protonenkraker in het CERN van antimaterie te voorzien, wordt nu gebruikt om een grote voorraad antiprotonen en positronen te fabriceren. Meer dan driehonderd atomen van de gemakkelijkst te vervaardigen vorm van antimaterie, antiwaterstof, worden gekoeld in een complexe meetomgeving. Omdat anti-atomen elektrisch neutraal zijn, kan je ze niet zoals bijvoorbeeld geladen deeltjes vangen in een magneetveld. Als antiprotonen en positronen bij elkaar vormen, vormen ze een atoom. Hierbij komt behoorlijk veel energie vrij, waardoor het atoom snel gaat bewegen. In de ALPHA-detector worden eerst de positronen en anti-protonen elk gekoeld en gevangen in een elektrisch veld. Vervolgens worden ze zeer subtiel met elkaar in contact gebracht, zodat de antiwaterstof niet weglegt uit het octopole magnetische veld (ja, inderdaad, met acht noord- en zuidpolen).

Vervolgens worden de magnetische velden uitgeschakeld. De antiwaterstofatomen drijven weg. Zijn ze onderhevig aan zwaartekracht, dan drijven ze naar beneden, anders naar boven. Met detectors kan gemeten worden waar ze ontploffen. Ter geruststelling: de ontploffingen zijn maar heel klein, het gaat immers maar om een enkel atoom. Hiermee zal dan een dringende vraag beantwoord zijn. Binnen enkele maanden weten we of Villata een fantast is of een visionair…

Bekijk hoe ALPHA werkt

Bronnen
Confinement of Antihydrogen for 1,000 seconds (ALPHA collaboration, ArXiv, 2011)
Antihydrogen trapped for 1000 seconds (MIT technology Review ArxivBlog)
ALPHA Antihydrogen project

De Grote Krak is het omgekeerde van de Big Bang. Alle materie wordt weer samengeperst in een punt.

‘Sommige zwarte gaten ouder dan Big Bang’

7 reacties / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 3 mei 2011 3 mei 2011

Als het universum voortdurend uitzet en weer samentrekt, zoals sommige kosmologen geloven, kunnen bepaalde zwarte gaten van het ene universum overleven in het volgende, stellen ze. Zouden wezens van een vorig heelal zwarte gaten kunnen gebruiken om naar dit heelal te reizen?

Cyclische universa

Hindoes kennen al duizenden jaren het concept van het Brahma-jaar, waarin de kosmos zich vormt en weer wordt vernietigd in een eindeloze cyclus. Sommige kosmologen (overigens een minderheid) geloven dat er iets dergelijks met ons heelal aan de hand is. Waar het eerst in hoog tempo uitzet, zal het uiteindelijk weer ineenstorten waarbij de temperaturen weer oplopen tot Big Bang niveau. De zogeheten Grote Krak of Big Crunch. Op het eerste gezicht zou je zeggen dat werkelijk niets dit inferno kan overleven, maar volgens de Britse kosmoloog Bernard Carr van de Queen Mary University van Londen en zijn collega Alan Coley van de Dalhousie University in Canada is dat niet zo. Zwarte gaten van enkele honderden miljoenen kilogram tot enkele zonsmassa’s kunnen de dans ontspringen, wijzen hun berekeningen uit. Deze zwarte gaten zouden dan wijdverspreid zijn geraakt als het universum zich snel uitzette, aldus de theorie. Loop quantum gravity, de grote concurrent van de snaartheorie, stelt dat er cyclische universa bestaan.

Zwarte gaten
Zwarte gaten zijn concentraties massa die zo dicht opeengeperst zijn dat licht niet meer kan ontsnappen en letterlijk alles wordt opgeslokt. Zware sterren storten ineen tot een zwart gat van enkele zonsmassa’s. Er bevinden zich ook enorme zwarte gaten van miljoenen zonsmassa’s in de centra van melkwegstelsels zoals het onze. Dat is niet het hele verhaal. Zwarte gaten verdampen namelijk extreem langzaam, hoe kleiner hoe sneller, tot ze hun laatste energie in een enorme explosie uitbraken. Volgens een nieuwe theorie is het mogelijk in het binnenste van een groot roterend zwart gat te overleven.

Volgens sommige theorieën zijn er ook zogeheten primordiale zwarte gaten: zwarte gaten die werden gevormd vlak na de Big Bang, toen de dichtheden op sommige plaatsen hoog genoeg waren om zwarte gaten te vormen. Volgens die theorie nemen wij de gammaflitsen waar als zij bijna helemaal verdampt zijn en in een felle explosie uiteen vallen in straling.

Een probleem is dat we niet in staat zijn onderscheid te maken tussen primordiale zwarte gaten en de zwarte gaten die stammen van voor de oerknal. Zwarte gaten kunnen namelijk maar op drie manieren van elkaar verschillen: hun massa, draaisnelheid en elektrische lading en de massa’s van beide soorten zwarte gaten lijkt sterk op elkaar, stellen Coley en Carr. Beiden geven dezelfde karakteristieke gammastraling-chirp als ze “afgaan”.

Aliens uit ons voorgangersheelal?
Wat een intrigerende vraag open laat. Stel dat een zeer vergevorderd beschaving in een heelal leeft dat gedoemd is ineen te storten. Uiteraard zullen deze aliens dan er alles aan doen om in ieder geval iets van hun beschaving veilig te stellen voordat de Grote Krak optreedt. Wie weet construeren ze een bolvormige schil van neutronium, waarbinnen ze een reddingscapsule aanbrengen: een zelfreplicator met in milligrammen materie opgesloten, de geesten van miljarden van hun volk. Op die schil plaatsen ze zoveel materie dat het object verandert in een zwart gat. Zodra het zwarte gat verdampt, “popt” hun reddingscapsule tevoorschijn en hebben ze het rijk alleen, met miljarden jaren voorsprong op andere levensvormen die zich nog moeten ontwikkelen. Dan moeten ze uiteraard niet de pech hebben dat ze midden in een grote ster of in de leegte terecht komen, maar aan de andere kant blaast de gamma-explosie de ruimte om ze heen mooi schoon. De massa van het zwarte gat zal klein genoeg moeten zijn om het op tijd te laten verdampen. Deze theorie bevat uiteraard nog de nodige mitsen en maren. Zo is het zeer de vraag of de inhoud van een zwart gat zonder kleerscheuren aan het binnenste van een zwart gat kan ontsnappen als dit verdampt. Onze huidige theorie”:en zijn hier niet duidelijk over. Maar toch. Wat als dat in ons heelal gebeurd is?

Bronnen

1. Carr, B, en Coley, A., Persistence Of Black Holes Through A Cosmological Bounce, ArXiv.org, 2011

Veel exo-aardes zien er waarschijnlijk uit zoals deze waterwereld.

Zeldzame Aarde en dode zones in het universum

1 reactie / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 2 mei 2011 2 mei 2011

Grote delen van het heelal zijn ongastvrij voor leven. Zo vreemd is het dus niet dat we tot nu toe nog geen spoor van aliens hebben gevonden, vinden aanhangers van de Zeldzame Aarde hypothese. Een overzicht van de plekken in het universum waar zich waarschijnlijk geen leven kan vormen.

Vroege universum
De meeste melkwegstelsels hadden in die tijd nog te weinig atomen zwaarder dan helium (“metalen”, volgens astronomen) om aardachtige binnenplaneten te vormen. In die tijd kwamen quasars en zware sterexplosies veel vaker voor dan nu. Vermoedelijk lieten die weinig heel van vroege vormen van leven.

Veel exo-aardes zien er waarschijnlijk uit zoals deze waterwereld.

Elliptische melkwegstelsels
Elliptische stelsels zijn het gevolg van botsingen van spiraalstelsels. De sterren in elliptische stelsels zijn te arm in zware metalen. Sterren met ongeveer de massa van de zon hebben zich ontwikkeld tot rode reuzen die te heet zijn om leven op de binnenplaneten te ondersteunen.

Bolvormige sterrenhopen
Ook de sterren in bolvormige sterhopen (grotere melkwegstelsels als dat van ons worden omringd door een bolvormige zwerm van bolvormige sterhopen) zijn te arm in metalen om leven te ondersteunen. Sterren met ongeveer de massa van de zon hebben zich daarom ontwikkeld tot rode reuzen die te heet zijn om leven op de binnenplaneten te ondersteunen.

Dwergmelkwegstelsels
Ook voor dwergmelkwegstelsels, die maar een paar procent van de massa van ons melkwegstelsel hebben, geldt dat ze te arm aan zwaardere elementen zijn om leven mogelijk te maken.

Centrum van melkwegstelsels
Voortdurende stervorming, vele supernovae en interacties van zwarte gaten met elkaar en andere materie voorkomen de ontwikkeling van complex leven.

Randen van melkwegstelsels
Aan de randen van melkwegstelsels vindt nauwelijks stervorming plaats. De meeste sterren zijn te arm in metalen.

Planeetstelsels met gasreuzen vlak bij de centrale ster
De migratie naar binnen van de “hete Jupiters” laat de binnenplaneten in de centrale exo-zon vallen of slingert de planeten uit het exo-zonnestelsel.

Planeetstelsels met gasreuzen in onregelmatige banen
De onregelmatige banen leiden tiot een onstabiele omgeving. Sommige planeten worden uit het zonnestelsel geslingerd.

Toekomstige sterren
Uranium, radioactief kalium en thorium worden te zeldzaam om voldoende warmte te leveren om de planeetkern gesmolten te houden. Hierdoor kan geen beschermend magnetisch veld en plaattectoniek optreden.

Op het eerste gezicht lijkt dit ontmoedigend. Vergeet echter niet dat de meeste sterren zich op plaatsen bevinden waar zich wel degelijk leven kan vormen. Ook wijzen ontdekkingen in onze eigen omgeving uit dat sterren met aardachtige planeten heel wat minder zeldzaam zijn dan het ooit leek. Aardachtige planeten zijn door hun geringe grootte namelijk lastig te vinden. Astronomen denken daarom dat alleen al ons eigen melkwegstelsel bezaaid moet zijn met miljoenen aardachtige planeten.

De superaarde 55 Cancri e bestaat waarschijnlijk uit witgloeiende gesmolten zware metalen.

Superaarde bestaat uit gesmolten lood

1 reactie / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 29 april 2011 29 april 2011

Stel je voor: een planeet met een oppervlakte van gesmolten lood. Astronomen hebben een zeer merkwaardig object gevonden: een superaarde die om een zonachtige ster draait in slechts anderhalve dag. Heel merkwaardig: de planeet is 60% groter dan de aarde, maar zo dicht als lood…

55 Cancri e, zoals de planeet onder astronomen bekend staat, staat maar op een paar miljoen kilometer afstand van de zonachtige ster 55 Cancri en wordt dus geblakerd door de felle straling. De planeet is vermoedelijk met 2700 graden zo heet, dat de atmosfeer al weggekookt moet zijn en de oppervlakte uit gesmolten mineralen en zware metalen zoals lood bestaat. Tot voor kort werd gedacht dat de planeet nooit langs de zon langs zou trekken, maar dat blijkt niet te kloppen. Uit de vermindering in helderheid is berekend dat de planeet een in verhouding zeer kleine radius moet hebben. Uit sterschommelingen was al eerder bekend dat de planeet acht keer zo zwaar is als de aarde. Wanneer de kleine doorsnede en de grote massa worden gecombineerd, blijkt dat de planeet twee keer zo dicht is als de aarde en hiermee de dichtste exoplaneet ooit gevonden.

De superaarde heeft een massa per liter van tien kilogram, te vergelijken met die van lood. Het gaat hier om een gemiddelde waarde. Vermoedelijk is de planeet rijk aan nog zwaardere metalen, zoals wolfraam, uranium en thorium.

Er zijn al verschillende verklaringen bedacht voor dit merkwaardige object, maar geen van allen zijn ze erg bevredigend. Het zou een compleet drooggekookte gasreus kunnen zijn, maar van andere zogeheten hete Jupiters is bekend dat hun zwaartekracht voldoende is om zwaardere gassen vast te houden. Misschien dat een nog grotere superaarde door de getijdekrachten van de ster uit elkaar is gesloopt en dat daardoor de gesmolten zware kern over is gebleven. Tenslotte kan het zo zijn dat bij de vorming van het planetenstelsel de lichtere elementen weggekookt zijn.

Bronnen
University of British Columbia

De allereerste sterren waren letterlijk witgloeiend en enorm groot. Ze leefden niet lang.

‘Eerste sterren waren dansende derwisjen’

3 reacties / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 29 april 2011 29 april 2011

Vlak na het ontstaan van het heelal, daar zijn de meeste kosmologen het over eens, waren er enorme sterren die toen ze explodeerden de eerste metalen vormden. Naar nu blijkt, moeten deze eerste sterren enorm snel rond hebben getold, blijkt uit de samenstelling van zeer oude sterren.

Oersterren

De allereerste sterren waren letterlijk witgloeiend en enorm groot. Ze leefden niet lang.

Toen het heelal nog pas bestond kwamen er maar twee soorten atomen voor: waterstof en helium (naast spoortjes van de metalen lithium en beryllium). Niet echt geschikt voor het ontstaan van leven. Er vormden zich echter vrij kort nadat het heelal voldoende af was gekoeld om zwaartekrachtseffecten een kans te geven, enorme sterren. Zeggen kosmologische theorieën. Met alleen waterstof en helium, zonder zwaardere elementen die de kern verdichten en de kernfusiesnelheid opjagen, konden deze oersterren veel groter worden dan zelfs de zwaarste sterren anno nu: honderd tot (volgens sommige theorieën) zelfs duizend zonsmassa’s groot. Deze eerste-generatie sterren bereikten door hun enorme massa zeer hoge temperaturen en drukken in hun binnenste, waardoor ze hun fusiebrandstof er in recordtijd, minder dan een miljoen jaar, doorheen joegen. Ze leefden dus maar kort, voor ze in een sindsdien nooit meer geziene ontploffing uit elkaar spatten.

Dat niet tevergeefs. Dankzij deze sterren konden zich de ook nu nog bestaande tweede-generatie sterren en metaalrijke (astronomen noemen alles zwaarder dan waterstof en helium een ‘metaal’) derde-generatiesterren zoals onze zon (dus met planetenstelsel) vormen. En bestaan we dus.

Astronome Cristina Chiappini van het Leibniz Astrofysische Instituut in het Duitse Potsdam en haar collega’s analyseerden waarnemingen van acht sterren in de oudste bolvormige sterrenhoop van de Melkweg, NGC 6522. De onderzochte sterren hierin zijn meer dan twaalf miljard jaar oud, slechts iets meer na een miljard jaar na de Big Bang. Ter vergelijking: de zon is minder dan vijf miljard jaar oud. In deze sterren bleek abnormaal veel yttrium en strontium te zitten, vergeleken met de hoeveelheid ijzer (dat standaard in zeer zware sterren wordt gevormd vlak voordat ze in elkaar storten en ontploffen als supernova).

Yttrium en strontium zijn erg zware elementen, die gewoonlijk gevormd worden door het invangen van neutronen in lichtere atoomkernen. In hun modellen kon zich alleen zoveel van deze elementen gevormd hebben als de ster veel meer menging kende dan normaal, waardoor de kernreacties in de kern veel feller waren dan anders (en meer neutronen opleverden). Dat betekende in hun model dat de sterren vijf keer zo snel moeten hebben geroteerd dan reuzensterren nu doen. Dit ondersteunt eerdere berekeningen, die aangaven dat de eerste gaswolken na de Big Bang snel ronddraaiende sterren opleverden.

Dit is goed nieuws voor astronomen, want snel ronddraaiende superzware sterren hebben een grotere kans te ontploffen in een felle gammaflits. Die zijn weer van zeer grote afstand waar te nemen en vormen hiermee een eerste rechtstreekse blik in het heelal van vlak na de Big Bang.

Bronnen
Christina Chiappini et al.,Imprints of fast-rotating massive stars in the Galactic Bulge, Nature, 2011
New Scientist