De geschiedenis van het heelal – van de Oerknal tot nu in 10 stappen

De geschiedenis van het heelal en hoe het evolueerde wordt algemeen aanvaard als het Oerknal-model. Dit model stelt dat het heelal ongeveer 13,7 miljard jaar geleden begon als een ongelooflijk hete en dichte punt. Dus, hoe is het heelal veranderd van een fractie van een millimeter naar wat het nu is?

In dit artikel een uitsplitsing van de Oerknal tot nu toe in 10 gemakkelijk te begrijpen stappen.

STAP 1 – Hoe het allemaal begon

De Oerknal was geen explosie in de ruimte, zoals de naam van de theorie doet vermoeden. In plaats daarvan was het een verschijning van de ruimte overal in het heelal, hebben onderzoekers gezegd. Volgens de Oerknaltheorie werd het heelal geboren als een heel hete, heel dichte, enkelvoudige punt in de ruimte.

Kosmologen weten niet zeker wat er voor dit moment is gebeurd, maar met geavanceerde ruimtemissies, telescopen op de grond en gecompliceerde berekeningen hebben wetenschappers gewerkt aan een duidelijker beeld van het vroege heelal en zijn evolutie.

Een belangrijk onderdeel hiervan is afkomstig van waarnemingen van de kosmische microgolfachtergrond die het nagloeien van licht en straling bevat die zijn overgebleven van de Oerknal. Dit overblijfsel van de Oerknal doordringt het heelal en is zichtbaar voor microgolfdetectoren waardoor wetenschappers aanwijzingen van het vroege heelal kunnen samenstellen.

In 2001 lanceerde de NASA de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)-missie om de omstandigheden te bestuderen die heersten in het vroege heelal. De ruimtesonde deed dit door het bestuderen van de straling van de kosmische microgolfachtergrond. WMAP was aan de hand van deze metingen in staat om de leeftijd van het heelal te bepalen; ongeveer 13,7 miljard jaar.

STAP 2 – de eerste groeispurt van het heelal

Toen het heelal nog heel erg jong was, ongeveer een honderdste van een miljardste van een biljoenste van een biljoenste van de seconde (pffft!!) onderging het een ongelooflijke groeispurt. Tijdens deze uitbarsting van expansie, die inflatie wordt genoemd, groeide het heelal exponentieel en verdubbelde het tot minstens 90 keer in omvang.

Het heel dijde uit en naarmate het uitdijde werd het kouder en minder dicht. Na de inflatie bleef het heelal groeien maar in een langzamer tempo. Toen de ruimte uitdijde, koelde het heelal af en ontstond er materie.

STAP 3 – te heet om te schijnen

In de eerste drie minuten na het ontstaan van het heelal werden er lichte chemische elementen gemaakt. Toen het heelal uitdijde koelden de temperaturen af en kwamen protonen en neutronen met elkaar in botsing om zo deuterium te maken. Dit is een isotoop van waterstof. Veel van dit deuterium werd gecombineerd om helium te maken.

Gedurende de eerste 380.000 jaar na de Oerknal maakte de intense hitte van het ontstaan van het heelal het echter te heet om licht te laten schijnen. Atomen stortten samen met  voldoende kracht om uiteen te vallen in een dicht, ondoorzichtig plasma van protonen, neutronen die licht als mist verstrooiden.

STAP 4 – laat er licht zijn

Ongeveer 380.000 jaar na de Oerknal koelde de materie voldoende af om elektronen te combineren met kernen om neutrale atomen te maken. Deze fase staat bekend als “recombinatie” en de absorptie van vrije elektronen zorgde ervoor dat het heelal transparant werd. Het licht dat toen werd losgelaten is tegenwoordig detecteerbaar in de vorm van de kosmische microgolfachtergrondstraling.

Toch werd het tijdperk van recombinatie gevolgd door een periode van duisternis voordat sterren en andere heldere objecten ontstonden.

STAP 5 – uit de kosmische donkere eeuwen

Ongeveer 400 miljoen jaar na de Oerknal begon het heelal uit zijn donkere middeleeuwen te komen. Deze periode in de evolutie van het heelal wordt het tijdperk van de re-ionisatie genoemd.

Men dacht dat deze dynamische fase meer dan een half miljard jaar duurde maar op basis van nieuwe waarnemingen denken wetenschappers dat re-ionisatie mogelijk sneller heeft plaatsgevonden dan eerder werd gedacht.

Gedurende deze periode stortten gasklompen voldoende in elkaar om de allereerste sterren en sterrenstelsels te vormen. Het uitgezonden ultraviolette licht van deze energetische gebeurtenissen heeft het grootste deel van het omringende neutrale waterstofgas opgeruimd en vernietigd. Het proces van re-ionisatie, plus het opruimen van mistig waterstofgas, zorgde ervoor dat het heelal voor het eerst transparant werd voor ultraviolet licht.

STAP 6 – meer sterren en sterrenstelsels

Astronomen kammen het heelal uit op zoek naar de meest afgelegen en oudste sterrenstelsels om hen te helpen te eigenschappen van het jonge heelal te begrijpen. Evenzo kunnen astronomen, door de kosmische achtergrondstraling te bestuderen, achteruit werken om de gebeurtenissen die eraan voorafgingen samen te voegen.

Gegevens van oudere missies zoals de WMAP en de COBE (Cosmic Background Explorer) die in 1989 werden gelanceerd, en missies die nog steeds in bedrijf zijn zoals de Hubble Space Telescope die in 1990 werd gelanceerd, helpen wetenschappers allemaal om mysteries en de meest besproken vragen in de kosmologie op te lossen.

STAP 7 – de geboorte van ons zonnestelsel

Ons zonnestelsel is naar schatting ongeveer 9 miljard jaar na de Oerknal ontstaan waardoor het nu ongeveer 14,6 miljard jaar oud is. Volgens de huidige schattingen is de Zon alleen al een van de meer dan 100 miljard sterren in ons Melkwegstelsel en draait ze op een afstand van ongeveer 25.000 lichtjaar om het centrum van de Melkweg.

Veel wetenschappers denken dat de Zon en de rest van ons zonnestelsel zijn ontstaan uit een gigantische, roterende wolk van gas en stof die bekend staat als de zonnenevel. Toen de zwaartekracht ervoor zorgde dat de nevel instortte draaide hij sneller rond en werd hij plat als een schijf. Tijden deze fase werd het meeste materiaal aar het centrum getrokken om de Zon te maken.

STAP 8 – het onzichtbare materiaal in het heelal

In de jaren ’60 en ’70 begonnen astronomen te denken dat er meer massa in het heelal zou kunnen zijn dacht er zichtbaar is. Vera Rubin, een astronoom aan het Carnegie Institution of Washington observeerde de snelheden van sterren op verschillende locaties in sterrenstelsels.

Fundamentele Newtoniaanse fysica impliceert dat sterren aan de rand van een sterrenstelsel langzamer zouden draaien dan sterren in het centrum, maar Rubin vond geen verschil in de snelheden van sterren verder weg. Ze ontdekte zelfs dat alle sterren in een sterrenstelsel met min of meer dezelfde snelheid om het centrum lijken te cirkelen.

Deze mysterieuze en onzichtbare materie werd bekend als donkere materie. Donkere materie wordt afgeleid uit de aantrekkingskracht die het uitoefent op gewone materie. Eén hypothese stelt dat het mysterieuze spul kan worden gemaakt door exotische deeltjes die geen interactie hebben met licht of gewone materie en daarom is het zo moeilijk te detecteren.

STAP 9 – het uitdijende en versnellende heelal

In de Jaren ’20 van de vorige eeuw deed de astronoom Edwin Hubble een revolutionaire ontdekking over het heelal. Met behulp van een nieuw gebouwde telescoop in de Mount Wilson sterrenwacht in Los Angeles merkt Hubble op dat het heelal niet statisch is maar uitdijt.

Decennia later, in 1998, bestudeerde de productieve ruimtetelescoop, vernoemd naar deze beroemde astronoom, de Hubble Space Telescope, zeer verre supernova’s en ontdekte dat het heelal heel lang geleden langzamer uitdijde dan nu het geval is. Deze ontdekking was verrassend omdat lang werd gedacht dat de zwaartekracht van de materie in het heelal de uitdijing zou vertragen of zelfs zou doen krimpen.

Men denkt dat donkere energie de vreemde kracht is de het heelal met steeds hogere snelheden uit elkaar trekt, maar deze donkere energie blijft onopgemerkt en gehuld in mysteries. Het bestaan van deze ongrijpbare energie, waarvan wordt gedacht dat deze 80% van het heelal uitmaakt, is een van de meest besproken onderwerpen in de kosmologie.

Stap 10 – we weten nog lang niet genoeg

Hoewel er veel is ontdekt over het ontstaan en de evolutie van het heelal zijn er nog veel vragen die onbeantwoord blijven. Donkere materie en donkere energie blijven twee van de grootste mysteries, maar kosmologen blijven het heelal onderzoeken in de hoop beter te begrijpen hoe het allemaal begon,

Eind 2021 werd de James Webb Space Telescope gelanceerd. Deze telescoop zal met zijn infraroodinstrumenten de jacht op de ongrijpbare donkere materie voortzetten en terugkijken naar het begin der tijden en de evolutie van het heelal.

Eerste publicatie: 8 april 2022
Bron: NASA, space.com, UniverseToday & anderen