De ruimte – wat is dat?

Vanuit het perspectief van ons aardlingen begint de ruimte op ongeveer 100 kilometer boven onze planeet, daar waar er niet meer voldoende zuurstof is om te ademen en waar licht niet meer wordt gebroken. In dat gebied waar blauw plaats maakt voor zwart omdat er onvoldoende zuurstof moleculen aanwezig zijn om de lucht blauw te kleuren.

De ruimte is een vacuüm en dat betekent dat geluid zich niet kan voortplanten want moleculen zijn niet dicht genoeg bij elkaar om geluid door te geven. Maar dat betekent niet dat de ruimte leeg is. Gas, stof en andere materiedeeltjes zweven rond legere gebieden in de ruimte terwijl de meer vollere gebieden planeten, sterren en sterrenstelsels herbergen.

Niemand weet precies hoe groot de ruimte is. Dat wordt veroorzaakt omdat onze detectoren vermoedelijk lang niet alles kunnen zien. Grote afstanden worden uitgedrukt in “lichtjaren”; de afstand die het licht in één jaar kan afleggen (ongeveer 9,3 biljoen kilometer).

Met behulp van het licht dat zichtbaar is in onze telescopen hebben we sterrenstelsels in kaart gebracht die terug gaan tot kort na de oerknal ongeveer 13,7 miljard jaar geleden. Dat betekent dat we ongeveer 13,7 miljard lichtjaar in de ruimte kunnen kijken. Astronomen zijn er niet van overtuigd dat ons heelal het enige heelal is. Dit betekent dat de ruimte mogelijk veel groter is dan wat we kunnen zien.

Straling onzichtbaar voor onze ogen

Het meeste van de ruimte is relatief leeg, er is alleen een beetje stof en gas aanwezig. Dit betekent dat als wij mensen een ruimtesonde naar een verre planeet sturen die ruimtesonde geen weerstand ondervindt zoals een vliegtuig dat doet.

Het vacuüm in de ruimte en op de Maan bijvoorbeeld is de enige reden dat de maanlander van het Apollo-programma er zo vreemd uit zag. Omdat het ruimtevaartuig was ontworpen om te werken in een omgeving zonder atmosfeer was er geen reden voor een aerodynamische vormgeving of gladde randen.

Voor het menselijk oog lijkt de ruimte leeg maar onderzoek heeft ons geleerd dat er verschillende vormen van straling zijn in het heelal. In ons zonnestelsel dringt de zonnewind – bestaande uit plasma en andere deeltjes van de Zon – tot voorbij de planeten en zorgt af en toe ook voor poollicht op Aarde. Kosmische straling, afkomstig van supernova explosies ver buiten ons zonnestelsel, dringt ook door tot in onze buurt.

Het heelal is doordrongen met de kosmische achtergrondstraling die gezien kan worden als het restant van de enorme explosie – de oerknal – waaruit ons heelal is ontstaan. Deze kosmische achtergrondstraling, die het beste zichtbaar is als microgolfstraling, laat ons de allereerste straling zien die onze instrumenten kunnen detecteren.

Een belangrijk aspect van de ruimte dat nog niet goed wordt begrepen zijn de veronderstelde aanwezigheid van donkere materie en donkere energie. Dit zijn essentiële vormen van materie en energie die alleen waargenomen kunnen worden door de effecten die ze op andere objecten hebben. Omdat het heelal uitdijt en tijdens die uitdijing versnelt wordt dit gezien als bewijs van het bestaan van donkere materie. Een ander belangrijk iets zijn de zwaartekrachtslenzen die optreden als licht van een achtergrondobject rond een ster afbuigt.

Zwarte gaten

Kleine zwarte gaten kunnen ontstaan door het ineenstorten van een hele grote ster die een singulariteit vormt waaruit niets kan ontsnappen, zelfs geen licht en vandaar ook de naam van het object. Niemand weet zeker wat er zich in een zwart gat bevindt en wat er met een persoon gebeurt die erin valt.

Een voorbeeld zijn zwaartekrachtgolven, dit zijn rimpelingen in de ruimte-tijd die afkomstig zijn van interacties tussen zwarte gaten. Ze werden door Albert Einstein al voorspeld toen hij aantoonde dat ruimte en tijd aan elkaar zijn gelinkt: de tijd versneld of vertraagd als de ruimte wordt vervormd.

Momenteel heeft de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) Scientific Collaboration in twee jaar tijd drie interacties tussen zwarte gaten aangetoond m.b.v. zwaartekrachtgolven. Als de LIGO volledig operationeel is en zijn maximale gevoeligheid heeft dan betekent dit dat er veel meer van dit soort gebeurtenissen waargenomen kunnen worden. Als er een aantal van deze gebeurtenissen kunnen worden waargenomen dan kunnen wetenschappers mogelijk veel leren over hoe zwarte gaten van een bepaalde grootte ontstaan en later samensmelten in nieuwe, zwaardere zwarte gaten.

Sterren, planeten, asteroïden en kometen

Sterren zijn enorm grote ballen van gas die hun eigen straling produceren. Ze variëren van rode superreuzen tot koude witte dwergen die overblijven na een supernova of explosies van sterren die plaatsvinden als een grote ster zonder brandstof komt te zitten. Bij deze explosies worden elementen het heelal in geslingerd en ze zijn er de oorzaak van dat elementen als ijzer bestaan. Sterexplosies kunnen ook leiden tot het ontstaan van enorm compacte sterren die we neutronensterren noemen. Als neutronensterren hun straling in pulsen uitzenden dan worden ze pulsars genoemd.

Planeten zijn objecten waarvan de definitie in 2006 onder vuur kwam te liggen doen astronomen discussieerden of Pluto nu nog een planeet is nog niet. Destijds bepaalde de Internationale Astronomische Unie dat een planeet een hemellichaam is dat rond de Zon draait, genoeg massa heeft om een nagenoeg ronde vorm aan te nemen en zijn baan vrij heeft gemaakt van puin. Alhoewel lang niet iedereen het hiermee eens is werden Pluto en gelijkaardige kleinere objecten beschouwd als dwergplaneten.

Over de definitie van exoplaneten, de planeten buiten ons zonnestelsel, is door de IAU nog steeds geen duidelijkheid geschapen maar astronomen behandelen ze hetzelfde als de planeten in ons eigen zonnestelsel. De eerste exoplaneet werd in 1992 gevonden (in het sterrenbeeld Pegasus) en sinds die tijd zijn er enkele duizenden bevestigd. In zonnestelsels waar planeetvorming nog aan de gang is worden deze objecten vaak protoplaneten genoemd omdat ze nog niet zo volwassen zijn als de planeten in ons eigen zonnestelsel.

Asteroïden zijn rotsblokken die niet groot genoeg zijn om voor dwergplaneet door te gaan. Er zijn asteroïden gevonden met ringen zoals de asteroïde 10199 Chariklo. Hun geringe grootte leidt vaak tot de conclusie dat het overblijfselen zijn uit de tijd dat het zonnestelsel is ontstaan. De meeste asteroïden bevinden zich in een gordel tussen Mars en Jupiter maar er zijn ook veel asteroïden gevonden in de baan van een planeet; dit zijn de zogenoemde Trojanen. Wereldwijd lopen er programma’s om potentieel gevaarlijke asteroïden te vinden en in kaart te brengen.

In ons zonnestelsel komen ook kometen voor en we denken dat die afkomstig zijn uit de Oortwolk die zich helemaal aan de grens van ons zonnestelsel bevind. Als een komeet de Zon nadert dan zorgt de hitte van onze ster er voor dat het ijs van die komeet gaat smelten en als een staart wegstroomt van de komeet. In de oudheid werd gedacht dat kometen dood en verderf zaaiden maar de ontdekking van de komeet van Halley en andere periodieke kometen toonden aan dat het doodnormale bewoners van ons zonnestelsel zijn.

Sterrenstelsels en quasars

Sterrenstelsels behoren tot de grootste structuren in het heelal. Het zijn enorme verzamelingen van sterren. Ons eigen sterrenstelsel wordt wel Melkweg genoemd en we nemen aan dat het de vorm van een balkspiraal heeft. Er komen verschillende type sterrenstelsels voor variërend van spiraalstelsels tot elliptische stelsels tot onregelmatige stelsels. Ze kunnen van vorm veranderen als ze te dicht bij elkaar komen of als de leeftijd van hun sterren toeneemt.

Veel sterrenstelsels hebben supermassieve zwarte gaten in hun centrum. Deze zwarte gaten zijn alleen zichtbaar door de energie die zwarte gaten opwekken als gevolg van interactie met hun omgeving. Als een zwart gat erg actief is en als er dus veel materie naar toe valt dan komen hier enorme hoeveelheden straling bij vrij. Dergelijke galactische objecten worden quasars genoemd.

Grote groepen sterrenstelsels vormen clusters. Deze clusters kunnen honderden tot duizenden sterrenstelsels bevatten die door middel van zwaartekracht met elkaar zijn verbonden. Deze structuren zijn de grootste structuren in het heelal die we kennen.

 

Eerste publicatie: 24 juni 2017
Bron: space.com