Het gedrag van sterren in het binnenste deel van de Melkweg kan alleen verklaard worden, als er iets als donkere materie bestaat. Dat blijkt uit berekeningen van astronomen.
Dat iets als donkere materie bestaat, hebben astronomen voor het eerst ontdekt door het vreemde gedrag van sterren in sterrenstelsels. Sterren in het buitenste deel van de Melkweg draaien veel sneller rond het centrum van de Melkweg, dan verwacht. Astronomen verklaarden dat door aan te nemen, dat er in het binnenste deel van de Melkweg materie zit die wij niet kennen. Deze oefent wel zwaartekracht uit maar we kunnen deze materie niet waarnemen. Dit is de reden dat dit donkere materie wordt genoemd.
Artist impression van het bovenaanzicht van de Melkweg, uiteraard voor ons zo niet waarneembaar. Nu definitief aangetoond: donkere materie bestaat. Of kan een handige theoreticus nog een uitweg vinden voor de concurrende MOND-theorieën? Bron: NASA (R. Hunt)
Behalve donkere materie is er nog een concurrerende theorie. Deze zegt, dat onze natuurwetten op de schaal van sterrenstelsels niet meer kloppen, althans de zwaartekracht. Deze theorie kon tot nu toe vrij goed de waarnemingen verklaren, zonder aan te nemen dat er donkere materie bestaat. Maar met deze nieuwe waarneming heeft de theorie meer moeite.
Vooral in het allerbinnenste deel van de Melkweg draaien sterren veel langzamer rond dan verwacht .In het galactische centrum bevindt zich een soort balk van sterren. Astronomen hebben van duizenden sterren in deze balk de snelheid bepaald. Uit berekeningen blijkt, dat de rotatiesnelheid van de sterren met 13% afneemt per miljard jaar. Als er zich geen donkere materie in het centrum van de Melkweg zou bevinden, zou niets de sterren kunnen afremmen. maar dat blijkt dus wel degelijk het geval te zijn. De verklaring is, dat sterren om het zwaartekrachtsmiddelpunt (het Lagrangepunt) bewegen. De ronddraaiende sterren dragen via allerlei zwaartekrachtswisselwerkingen hun energie over aan de donkere materie. Daardoor gaat de donkere materie sneller bewegen, maar de sterren langzamer. In de loop van miljarden jaren was het effect spectaculair. De balk draait nu 24% langzamer dan hij in het begin deed. Hoe zou de Melkweg er over een paar miljard jaar uitzien?
De aarde is in veel opzichten een kosmisch lot in de loterij. Zo kennen we geen hete Jupiters, gloeiendhete gasreuzen vlak bij de zon, die de omloopbaan van de aarde verstoren. De aarde bevindt zich in de goudlokjeszone, niet te heet en niet te koud. Maar toch zijn betere plekken dan de aarde denkbaar. Zo staat de aarde in verhouding iets te dicht bij de zon, waardoor we risico lopen droog te koken na een miljard jaar. Er zijn 24 exoplaneten ontdekt die wel precies op de juiste plek van hun centrale ster staan, en daarmee een stuk minder vatbaar zijn voor Snowball Earth of juist een Venus-scenario. In onderstaande video verkennen we deze planeten.
24 Planets Even Better for Life Than Earth
Zal de mensheid de komende honderd jaar overleven, dan maken we een redelijke kans om de dichtstbijzijnde van deze planeten te kunnen bezoeken. Tenzij er een Zefram Cochrane opstaat die een sneller-dan-licht aandrijving bouwt, of een stargate, zitten we helaas nog voorlopig opgesloten in dit zonnestelsel.
Van ziedende lava-oceaan tot ijskoude gasreus, exoplaneten komen voor in alle vormen en maten. Bewoonbare werelden zijn zeldzamer. Bron: Wikimedia Commons uit NASA/Natalie Batalha en Wendy Stenzel
Fragmenten van een meteoriet die in de jaren ’00 op de aarde zijn gevallen, leveren overtuigend bewijs van een nu verloren gegane planeet die ooit door ons zonnestelsel zwierf, aldus een onderzoek in Nature Communications.
Onderzoekers uit Zwitserland, Frankrijk en Duitsland onderzochten diamanten, die deel uitmaakten van de Almahata Sitta-meteoriet en concludeerden dat ze hoogstwaarschijnlijk ten minste 4,55 miljard jaar geleden werden gevormd in een protoplaneet. De meteoriet stortte oktober 2008 neer in de Nubische Woestijn van Soedan. De diamanten bevatten kleine kristallen, die er op wijzen dat ze zijn blootgesteld aan grote drukken, aldus Philippe Gilet, lid van het team onderzoekers. Kleine diamantjes op nanoschaal kunnen zich vormen in de impactzone van een botsing, maar grote diamanten hebben meer tijd nodig zich te vormen dan de microseconden dat de impactdrukken heersen.
Protoplaneet met de grootte van de maan botst met een protoplaneet, zo groot als Mercurius. Bron: NASA/Caltech
“We laten zien dat deze grote diamanten niet het resultaat kunnen zijn van een schok, maar eerder van groei die heeft plaatsgevonden binnen een planeet”, aldus Gilet.
Dwarsdoorsnede van de diamant. De kleine insluitingen wijzen op hoge, langdurige drukken bij het ontstaan. Bron: bron
Gillet, een planetaire wetenschapper aan het Federaal Instituut voor Technologie in Lausanne, zei dat de onderzoekers berekenden dat er minimaal 200.000 bar druk nodig wasom deze diamanten te vormen, wat suggereert dat de mysterieuze planeet minstens zo groot was als Mercurius, mogelijk zelfs Mars .
Wetenschappers hebben lang getheoretiseerd dat het vroege zonnestelsel ooit veel meer planeten bevatte – waarvan sommige waarschijnlijk niet meer waren dan een massa gesmolten magma. Van één van deze embryonale planeten, Theia, wordt gedacht dat deze de jonge proto-aarde trof. Hierbij werd een grote hoeveelheid gesmolten gesteente in een omloopbaan rond de aarde geslingerd, waaruit zich later de maan vormde.
Deze vondst is wetenschappelijk gezien erg waardevol. Dit is namelijk het eerste tastbare overblijfsel van een protoplaneet dat we kennen.
Bron
Farhang Nabiei et al. A large planetary body inferred from diamond inclusions in a ureilite meteorite, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-03808-6
Volgens astronomen gaat de zon in een soort sluimermodus. Dit betekent dat er voor een periode van ca 100 jaar geen zonnevlekken te zien zijn.
Zonnecyclus
Normaal gesproken is er een cyclus van 11 jaar waarbij er in een periode van een jaar erg veel zonnevlekken zijn en 5,5 jaar later veel minder. Dit komt omdat de zon een iets variabele ster is. Zonnevlekken zijn gebieden op de zon waar er veel magnetische activiteit is. De oppervlaktetemperatuur van de zon is plm. 6000 °C en die van een zonnevlek ca 5000°C. Daardoor lijkt deze zwart in vergelijking met de rest van het zonneoppervlak. Deze zonnevlekken zijn magnetische hotspots die veel geladen deeltjes, voornamelijk heliumkernen, uitstoten die de zonnewind vormen.
Kosmische straling
De zonnewind vormt een soort magnetisch schild rond ons zonnestelsel die de interstellaire kosmische straling tegenhoudt: de heliosfeer. Deze kosmische straling is afkomstig van supernova’s, neutronensterren, pulsars, magnetars en zwarte gaten. Kosmische straling bestaat ook uit elementaire deeltjes zoals protonen, positronen enz. Deze bewegen random, maar de kosmische straling die anders op aarde zou belanden, is naar de zon gericht. Immers, de heliopauze, de grens waar de zonnewind overgaat in het interstellair medium, ligt op meer dan honderd maal de afstand aarde-zon, waardoor kosmische straling richting aarde vrijwel richting zon beweegt. Wanneer de zon in een rustigere fase verkeert met weinig magnetische activiteit is de zonnewind zwakker waardoor er wat van de kosmische straling het zonnestelsel weet binnen te dringen. Deze straling zorgt er voor dat er moleculen in de atmosferen van de planeten ioniseren. Deze ionen vormen dan condensatiekernen wat resulteert in meer bewolking. De laatste 2 cyclussen zijn de maxima minder intens dus is de algehele zonnewind zwakker. De verwachting op basis van waarnemingen uit het verleden is dat de volgende cyclus nog zwakker is dan de huidige en dat er vanaf 2050 geen zonnevlekken meer zijn gedurende een aantal decennia. Dit resulteert dan in iets feller zonlicht..
Een nieuwe ijstijd, of globale afkoeling, zou lijden tot grote hongersnoden. Mogelijk zelfs tot het einde van de beschaving.
Afkoeling
Als er meer bewolking is op Aarde dan is het albedo groter. Wit weerkaatst bijna alle licht, absorbeert warmte minder goed dan zwart. Hierdoor koelt het klimaat met de loop der jaren af. Dit valt goed waar te nemen in een experiment dat je makkelijk zelf thuis kunt uitvoeren. Als je met een vergrootglas in de zon een stuk krant in brand probeert te zetten, zal het papier dat bedekt is met een donkere inktlaag sneller ontbranden dan het witte papier zonder inkt. Ook het effect van kleine deeltjes op waterdamp valt goed te bestuderen als je wat sigarettenrook in een kopje hete koffie of thee blaast. Wat je waarneemt is dat de condensatie wordt bevorderd doordat de rookdeeltjes als condensatie kernen fungeren net als de ionen in de atmosfeer. De laatste 2 jaar valt goed waar te nemen dat er steeds minder dagen zijn waarbij er helemaal geen wolken zijn. Ook hebben we zowel vorig jaar als dit jaar een aantal kouderecords in de zomer en het voorjaar. Vorig jaar een dag in augustus met slechts 12°C graden overdag en ’s nachts in de buurt van het vriespunt. Ook van het voorjaar was er op 22 mei een kouderecord met -10°C in de nacht en overdag slecht 5°C in De Bilt. Ook de rest van Europa had bijzonder koud weer waarbij er veel landbouwgewassen door heel Europa schade hebben opgelopen. Op 16 september hebben we weer een kouderecord gebroken met slechts 12°C overdag. Daarnaast hebben we een van de koudste septembermaanden ooit. Daarnaast hebben we de afgelopen 2 jaar bijzonder veel regen te verwerken gehad. Ook de warme pieken kunnen zijn veroorzaakt door verhoogde kosmische straling omdat de straalstroom eerst gaat kronkelen om vervolgens verder naar het zuiden te gaan. Hierdoor kan de wind tijdelijk lang uit het zuiden of juist het noorden gaan waaien met temperatuur extremen tot gevolg. Wanneer de straalstroom in het geheel zuidelijker komt te liggen dan kunnen we permanent in de koudere arctische lucht terechtkomen wat dan resulteert in koele natte zomers en ijzige winters. De gemiddelde wereldwijde temperatuur kan 4°C lager worden.
Het broeikaseffect
Velen zullen het niet geloven vanwege het feit dat de media zich enkel met het broeikaseffect bezig houdt en daarbij andere factoren die het klimaat ook reguleren negeren. De invloed van kooldioxide is in werkelijkheid zeer gering en er zijn zelfs aanwijzingen in ijskernen gevonden dat er in het verleden van de aarde de opwarming van het klimaat vooraf ging aan de stijging van CO2 ipv andersom. Dit zou kunnen komen door onder andere bosbranden die toenemen in een warmer klimaat en ook micro organismen die organisch materiaal afbreken zoals schimmels actiever werden. Dit zou van toepassing zijn geweest aan het einde van elke ijstijd toen de temperaturen dramatisch stegen in korte tijd. Toen de temperaturen weer daalden bleef het CO2 gehalte nog even stijgen alvorens deze ook weer terug liep. Kooldioxide heeft wel degelijk een hogere infrarood absorptie dan stikstof en zuurstof maar deze zou in procenten toe moeten nemen in de atmosfeer wil dit een aanzienlijk effect krijgen op het klimaat. De laatste keer dat dat het geval was, was in de ramp aan het einde van het Perm, 252 miljoen jaar geleden, als gevolg van een gigantische vulkaan uitbarsting in Siberië die ook nog eens plm. 100000 jaar doorging. De huidige atmosfeer bevat slechts 0,04 procent (voor-industriëel niveau: 0,027%). Ter vergelijking bevat de atmosfeer van Mars vele malen meer kooldioxide ondanks dat deze veel ijler is dan de aardatmosfeer. En toch ligt de gemiddelde Martiaanse temperatuur ver onder het vriespunt [n.v.d.r.: het broeikasffect van de Martiaanse atmosfeer verhoogt de temperatuur op Mars met zes graden]. Volgens het klimaatmodel van Svante Arrhenius,dat alleen uitgaat van kooldioxide zelf, heeft de huidige verhoging in CO2 op zichzelf een temperatuursverhoging van gemiddeld één graad Celsius tot gevolg. Moderne klimaatmodellen gaan uit van extra opwarming door waterdamp. Het is de vraag of dat wel klopt.
Economische schade.
Doordat het weer natter en kouder wordt is het steeds moeilijker om op de traditionele wijze landbouw te bedrijven. Hierdoor wordt voedsel steeds duurder. Dit jaar is voedsel al ruim 8% duurder geworden met als uitschieter zuivel dat wel 40% duurder is dan voorheen. Ook legt een kouder klimaat een hogere druk op de gasvoorraden met nog meer calamiteiten als de aardbevingen in Groningen als gevolg. Daarnaast wordt aardgas dus ook duurder. Als de oogsten nog slechter worden zullen de prijzen de pan uit gaan reizen. De infrastructuur zal ook niet worden ontzien. Door stormen, hevige regen en uitzonderlijke hoeveelheden sneeuw zal het verkeer worden verstoord, kan de elektriciteit uitvallen en ook tv en internet gaan storen.
Einde beschaving. Door deze schade wordt de economie hard geraakt en geeft dit meer voedingsbodem voor een nieuwe wereldwijde economische crisis. Daarnaast zijn er al allerlei andere factoren naast een eventuele mini-ijstijd die ons nog eens extra kwetsbaar maken. Zo raakt de landbouwgrond steeds meer uitgeput van sporenelementen en erosie. Ook wordt fossiele brandstof steeds schaarser en dus duurder, wat ook prijsstijgingen in de hand werkt. Dit zal in combinatie met een mini-ijstijd een dodelijke cocktail zijn voor de beschaving.
Zelfvoorziening
Gelukkig zijn er allerlei dingen die je zelf kunt doen en maken. Veredelde gewassen zijn praktisch onmogelijk om kweken in een koud en vochtig klimaat maar er zijn talloze wilde planten soorten die ook eetbaar zijn, en zelfs nog veel meer voedingstoffen bevatten dan conventionele groenten. Als vervanging voor vlees kunnen we insecten eten. Ik vind sprinkhanen persoonlijk heel erg lekker. Ze bevatten 2 x zoveel eiwitten als normaal vlees en zijn vlug op te kweken. Ons aardgas kunnen we vervangen door biogas dat we van onze eigen groen afval en ontlasting maken. Als fruit eten we bramen, frambozen, vlierbessen, sleedoorns en rozenbottels; deze zijn veel beter bestand tegen koude omstandigheden. Om dit allemaal zelf in je eentje te verwerken is nogal wat dus zullen we er goed aan doen te investeren in onze relaties met de buren zodat we samen kunnen werken en eventueel kunnen ruilen. En we kunnen dan stapje voor stapje werken naar de energiestandaard waar ik hier op Visionair in het verleden over heb geschreven.
Als er buitenaardse wezens bestaan, waarom zien we ze dan niet? Dit vraagstuk wordt de Fermi Paradox genoemd. De meest logische verklaring is dat deze geavanceerde wezens niet bestaan, vanwege een bepaalde reden. Dat iets wordt het Grote Filter genoemd. Waarom het goed nieuws zou zijn, als we geen leven zouden ontdekken op Mars, of andere plaatsen buiten de aarde.
Het Grote Filter
In theorie zijn er in het waarneembare heelal ontelbare miljarden plaatsen, waar de omstandigheden op die van de vroege aarde leken en dus leven kan ontstaan. Het zou in het waarneembare heelal dus moeten wemelen van leven. Omdat er op aarde meerdere soorten voorkomen met een behoorlijk hoog ontwikkeld zenuwstelsel, variërend van octopussen tot papegaaien, lijkt het vrij waarschijnlijk dat één van deze soorten zich ooit tot intelligent leven zal ontwikkelen. Toch is het heelal in de wijde omtrek van onze aardbol saai en doods. Al zullen astronomiefanaten het hier oneens mee zijn: de verreweg interessantste plaats in het zonnestelsel, en ver daarbuiten, is onze aardbol. Waarom is de aarde, voor zover we weten, in het waarneembare heelal de enige plek waar we dit soort visionaire discussies kunnen hebben? Deze groep redenen heeft een naam: het Grote Filter.
Deze bizarre “plant” van bijna zeven meter hoog, in werkelijkheid de schimmelsoort Prototaxites, legde uiteindelijk het loodje, omdat het ecosysteem te veeleisend werd voor dit primitieve organisme.
Bottlenecks bij het ontstaan van een beschaving uit het niets
Er zijn twee mogelijkheden: het Grote Filter ligt in het verleden, wat ons geluksvogels zou maken waarvoor het gehele heelal openligt, of het Grote Filter ligt in de toekomst, wat de mogelijkheden tot overleving letterlijk astronomisch klein, nauwelijks groter dan nul, zou maken. In dit artikel bekijken we de eerste mogelijkheid: de mensheid als overlever van een astronomische loterij.
We kennen maar één ecosysteem, het aardse, en slechts één voorbeeld van een beschaving, de menselijke beschaving. In het ontwikkelingspad naar de mens is de evolutie door meerdere bottlenecks geglipt. Mogelijk kunnen we een plausibel Groot Filter vinden, door de geschiedenis van het leven op aarde te bestuderen.
Ontstaan van het leven
De eerste bottleneck is het ontstaan van het leven. Op dit moment is het in het laboratorium niet gelukt om verder te komen dan het produceren van aminozuren, primitieve celwanden van lipiden en korte zichzelf vermenigvuldigende RNA-ketens, die veel weghebben van aardse viroïden. Op aarde dateren de eerste ondubbelzinnige sporen van leven van ongeveer 3,49 miljard jaar geleden[1]. Dat is ongeveer een miljard jaar na het ontstaan van de aarde, 4,54 ± 0,05 miljard jaar geleden. De eerste honderd miljoen jaar na het ontstaan van de aarde was deze bedekt door lava en dus onbewoonbaar. Ook was er het zogeheten Late Heavy Bombardment, een serie asteroïdeninslagen die voortduurde tot ongeveer 3,8 miljard jaar geleden. Dit liet vermoedelijk weinig over van de aardoppervlakte. Het leven duikt hiermee vrij snel op na het bewoonbaar worden van de aarde. Het is goed mogelijk, dat dit een smalle flessenhals was. Aan de andere kant: het is goed mogelijk dat het leven nog ouder was. In grafietdeeltjes van 4,25 miljard jaar oud bleek de verhouding koolstof-12/koolstof-13 hoger dan in een levenloze omgeving, wat erop wijst dat er het leven van slechts enkele honderden miljoenen jaren na het ontstaan van de aarde dateert. Mogelijk dateert het leven zelfs van buiten de aarde (panspermie). Zouden we geen leven ontdekken op Mars, dan is het ontstaan van het leven een extreem zeldzame gebeurtenis. We kunnen dan opgelucht ademhalen, want dan hebben we domweg geluk gehad.
Ontstaan van ribosoom-leven
Uit recente ontdekkingen blijkt dat de voorouder van het eencellige leven waarschijnlijk een ribosoom was. Ribosomen zijn enorme RNA-moleculen waar kleine eiwitten aan hangen. Ribosomen vertalen RNA in eiwit en in een baanbrekende ontdekking bleken ribosomen zélf alle onderdelen van het RNA-kopieersysteem te bevatten. Ribosomen moeten zijn ontstaan, toen de RNA-viroïden leerden samen te werken met eiwitten. Dit is in principe ook een bottleneck. In het lab is het namelijk nog niet gelukt uit RNA en eiwitten spontaan een ribosoomachtige structuur te laten ontstaan.
Op de een of andere manier zijn deze ribosomen informatie in het stabiele DNA gaan opslaan, waardoor ze in staat waren in ongunstige omstandigheden te overleven: het ontstaan van bacteriën en archaea. Ook vormden ze toen een sterke celwand. Ribosomen zijn nog steeds zeer belangrijk. In bijvoorbeeld de bacterie E. coli bestaat een groot deel van de cel uit ribosomen. Omdat bacteriën en archaea sterk verschillende ribosomen hebben en behoorlijk van elkaar verschillen, zijn ze waarschijnlijk los van elkaar uit ribosomen ontstaan.
Ontstaan van cellen met een celkern
Gedurende meer dan twee miljard jaar veranderde er vrijwel niets.Tussen 1,8 en 1,0 miljard jaar[2] geleden gebeurde er iets bijzonders: twee eencelligen gingen samenwerken.Tot deze tijd konden eencelligen alleen vergisten, wat tien keer zo weinig energie oplevert als verbranding. Zuurstof is echter een giftig gas voor de meeste anaerobe organismen. Enkele bacteriën beheersten de kunst om organische stoffen te oxideren en de overvloedige energie die daarbij vrijkomt, af te tappen. Een van deze soorten, een Rickettsia-bacterie, ging samenwerken met een grotere archaea. Deze bacterie veranderde uiteindelijk in een celonderdeel: de mitochondrie. Hierdoor kregen organismen energie om er een celkern er op na te houden. Deze celkern kan veel complexere levensvormen ondersteunen dan het miezerige draadje DNA in een bacterie. Dit is, voor zover we weten, slechts één keer gebeurd in de geschiedenis van de aarde. Dit maakt de Grote Symbiose een sterke kandidaat voor een Groot Filter. Mogelijk zijn er heel veel planeten met leven, maar zijn bacteriën in de rest van het heelal de hoogste vorm van leven.
Ontstaan van meercellige organismen
Meercellige organismen zijn maar liefst 46 keer onafhankelijk van elkaar ontstaan, zelfs voordat er organismen met een celkern ontstonden. Klaarblijkelijk is het niet erg moeilijk voor eencelligen om te gaan samenwerken. Dit is hiermee niet een erg waarschijnlijke kandidaat voor een Groot Filter.
Ontstaan van een geavanceerd zenuwstelsel
Wij kunnen denken en techniek ontwikkelen, omdat we een hoogontwikkeld zenuwstelsel hebben. Alle organismen die intelligent gedrag vertonen, beschikken over een ontwikkeld zenuwstelsel. Een zenuwstelsel heeft zich in meerdere diergroepen onafhankelijk ontwikkeld. Bijna elk dier heeft een zenuwstelsel. Zowel gewervelde dieren als koppotigen beschikken over een geavanceerd zenuwstelsel. Hoe ingewikkelder de omgeving, en hoe slimmer prooidieren en rovers, hoe betere hersens een dier nodig heeft om in leven te blijven. Enkele koppotigen, zoals de Pacifische reuzenoctopus, herkennen zichzelf in de spiegel en beschikken hiermee, met enkele vogel- en zoogdiersoorten, over zelfbewustzijn. Ook dit is dus geen aannemelijke bottleneck. Als de mens zich niet tot intelligente soort had ontwikkeld, had een andere soort dat wel gedaan.
Ontstaan van een technische beschaving
De mens beschikte al 1,5 miljoen jaar geleden over een grote hoeveelheid hersenmassa. De ontwikkeling van techniek verliep echter in een gletsjerachtig langzaam tempo. Pas ongeveer tienduizend jaar geleden werden de verzamelaars samengeperst tot landbouwgemeenschappen en steden, toen de zeespiegel snel steeg en de vruchtbare kuststreken verzwolg. De mens is een landbewonende soort, waardoor een mens veel makkelijker constructies kan bouwen dan een octopus of walvisachtige. Ook beschikt de mens over twee handen met vingers en opponeerbare duim, waarmee we gereedschap kunnen vasthouden. Olifanten alleen een slurf, papegaaien een snavel. Alleen de mens is daarom lichamelijk in staat, goed gereedschap te maken. Dit is op zich een geloofwaardige bottleneck: een slimme octopus kan niet veel meer dan iets als dit raadselachtige fossiel nalaten.
Conclusie
Er zijn enkele serieuze bottlenecks,die het aardse leven heeft overleefd. Het is goed mogelijk, dat er nog een bottleneck is die in het bovenstaande overzicht ontbreekt. Echter, geen van deze bottlenecks is echt overtuigend. Wat zou betekenen dat het Grote Filter in de toekomst ligt….
Test je algemene kennis over zwarte gaten. Wist je bijvoorbeeld al dat zwarte gaten vijftig keer zo veel energie per kilogram leveren als de veelbejubelde kernfusie, en dat een zwart gat in de buurt onze energieproblemen zou oplossen?
10 Mind-Bending Facts About Black Holes
De algemene relativiteitstheorie voorspelt dat er massaconcentraties bestaan, waarbij zelfs licht niet meer kan ontsnappen: zwarte gaten. Hoewel er nog niet 100% zeker is vastgesteld dat zwarte gaten inderdaad bestaan, zijn er wel meerdere verschijnselen aangetroffen die alleen door middel van een zwart gat zijn te verklaren. De kleinst bekende zwarte gaten hebben een massa van enkele zonsmassa’s, de grootste van vele miljoenen zonsmassa’s.
De samenstelling van het bevroren water van het doel van de Rosetta-missie, komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko, verschilt sterk met die van het water op aarde. Waar komt het aardse oceaanwater dan wel vandaan?
Meer deuterium in kometenwater
Het waterstof in water bestaat vrijwel geheel uit protium. Dat is de eenvoudigste en lichtste waterstofvariant, waarbij een elektron om een proton hangt. Een kleine fractie van het waterstof in zeewater bestaat uit deuterium, ‘zwaar water’, een waterstofvariant waarbij het proton er nog een neutron bijkrijgt. Van alle waterstofatomen op aarde is ongeveer 0,015 procent deuterium. Gelukkig komt het radioactieve tritium, met twee neutronen extra, zeer zelden voor, behalve in de buurt van lekkende Franse kweekcentrales.
In komeet 67P komt drie keer meer deuterium voor dan op aarde[1]. Een opmerkelijke ontdekking. Aards water lijkt het meeste op water dat in meteorieten en in de planetoïdengordel wordt aangetroffen, alsmede in de Trojanen van Jupiter: een zwerm ruimtepuin die in de Lagrangepunten van Jupiter, op ongeveer een zesde omloopbaan voor en achter de reuzenplaneet, hangt. 67P komt oorspronkelijk uit de Kuipergordel. Klaarblijkelijk bevatten de Oortwolk en de Kuipergordel, die zich buiten de baan van Neptunus uitstrekken, materiaal met een heel andere oorsprong dan de planetoïdengordel.
Ook blijkt de Kuipergordel niet homogeen: komeet 103P/Hartley-2, die ook uit de Kuipergordel afkomstig is, bleek juist uit water te bestaan dat exact evenveel deuterium bevat als aards water. 67P lijkt qua deuteriumgehalte juist meer op materiaal uit de Oortwolk, zie plaatje. Vermoedelijk vindt er uitwisseling van materiaal tussen de Kuipergordel en de Oortwolk plaats.
Het is ook niet een makkelijk te verklaren ontdekking. Deuterium is zwaar, waardoor het minder makkelijk weglekt dan protium. Planeten waar veel water is verdwenen, zoals Mars en vooral Venus bevatten daarom een veel hoger percentage deuterium dan de aarde. Je zou daarom verwachten dat waterstof uit verafgelegen bronnen, zoals de ijzige Kuipergordel en Oortwolk, veel minder deuterium zou moeten bevatten dan de aarde. Het tegendeel blijkt dus het geval.
Op Rosetta blijkt veel meer deuterium voor te komen dan op aarde, het gemiddelde Kuiperobject of de planetoïden. Bron: ESA/K. Altwegg. Klik voor een vergroting.
Waar komt het aardse water dan wel vandaan?
Het aardse gesteente bevat van nature redelijk veel water, maar het oorspronkelijke oppervlaktewater is volgens de gangbare geofysische theorieën na het ontstaan van de aarde verdampt.
Sommige onderzoekers vermoeden dat de aarde toch ijskappen gehouden heeft en dat deze voldoende groot waren om de aarde opnieuw te benatten.
De meeste onderzoekers denken dat de aardse watervoorraad via een andere bron weer aangevuld moet zijn. Een mogelijke bron is gesteente: de aardse korst en mantel bevatten naar schatting twee tot drie maal zoveel water als de oceanen [2].
Er zullen meerdere inslagen van grote waterrijke asteroïden vanuit de asteroïdengodel plaats hebben gevonden. Van de Chicxulub-asteroïde, die de dino’s wegvaagde, wordt ondertussen vermoed dat deze afkomstig was uit de asteroïdengordel. Dit is dus op zich een logische bron. Mogelijk heeft de aarde ook materiaal van Venus ingevangen, toen deze planeet langzaam door de zon droog werd gekookt.
Naar we nu weten, worden grote hoeveelheden sterren met zeer grote snelheden de intergalactische ruimte in geslingerd. Zou dit verklaren hoe het leven op aarde terecht is gekomen?
Centrum Melkweg: ideale verspreidingsgrond voor leven
Op ongeveer 26.000 lichtjaar afstand bevindt zich het centrale zwarte gat van de Melkweg, waaromheen de rest van het sterrenstelsel draait. De sterdichtheid in dit gebied is enorm: waar in de omgeving van de Zon sterren op gemiddeld enkele lichtjaren afstand van elkaar staan, zijn de afstanden in de dichtbevolkte kern van het Melkwegstelsel veel kleiner: gemiddeld 100 sterren per kubieke parsec, wat neerkomt op een gemiddelde afstand van minder dan 0,8 lichtjaar tussen sterren. Op deze korte afstanden zullen de Oortwolken rond deze sterren voortdurend brokstukken uitwisselen; volgens sommige schattingen is de uiterste rand van de Oortwolk rond de zon ongeveer een lichtjaar in diameter. De kans is dus veel groter dan hier, in de buitengewesten van het Melkwegstelsel, dat het leven zich van het ene planetenstelsel naar het andere kan verplaatsen.
Eerder bouwstenen voor leven aanwezig
Een ander argument is dat de ‘metaalrijke’ Populatie I sterren in het centrum van de Melkweg rijk zijn aan atomen zwaarder dan waterstof en helium. Vlak na het ontstaan van het heelal bestond er alleen waterstof, het extreem inerte edelgas helium en een spoortje lithium. Er zijn hiermee welgeteld drie chemische verbindingen mogelijk: moleculair waterstof (H2), metallisch lithium (Li) en lithiumhydride (LiH). Veel te weinig voor welke vorm van op chemie gebaseerd leven dan ook. De vele sterexplosies maken het centrum van de Melkweg weinig gastvrij voor complex leven, maar eencelligen zouden zich er prima thuisvoelen. Bron/copyright: dailygalaxy.com
Leven kan alleen ontstaan als zich koolstof, zuurstof en stikstof hebben gevormd. Deze zijn ontstaan na supernova’s, die in het dichte centrum van de Melkweg veel meer, en ook al eerder, voorkwamen dan in de spiraalarmen. De omstandigheden voor het ontstaan van leven waren daar dus al miljarden jaren eerder aanwezig dan hier in de periferie. De kernen van zeer ver weg gelegen sterrenstelsels, waarvan het licht van vlak na het ontstaan van het heelal dateert, laten reeds grote hoeveelheden zwaardere elementen zien, meer zelfs dan die van de zon (!) [1]. Er was dus erg veel gelegenheid voor het leven om zich in deze omgeving te vormen.
Sterexplosies te overleven door bacteriën
Door sommige auteurs is het galactische centrum een onwaarschijnlijke plaats voor het ontstaan van complex leven genoemd, juist door deze veel optredende dodelijke sterexplosies[2]. Eenvoudige levensvormen zoals bacteriën worden echter effectief beschermd door een dikke laag water, die op oceaanwerelden en ijsplaneten overvloedig aanwezig is. Op aarde komen bacteriën in de aardkorst, zo lijkt het, voor tot op 20 kilometer diepte[3]. Voor bacteriën ligt het verhaal dus heel anders. De oudste aangetroffen sporen van leven op aarde zijn van prokaryoten, eencellige organismen zonder celkern. Deze kunnen, zo weten we, uitstekend overleven op een aardachtige planeet of ijsplaneet in het galactische centrum.
Zwerfsterren als uitzaaiers van leven
Naar we nu weten, worden er zeer grote hoeveelheden sterren uit de Melkweg geslingerd. Volgens sommige schattingen bevinden er zich zelfs meer sterren in de intergalactische ruimte dan in sterrenstelsels.
Sommige sterren die rond het zwarte gat in het centrum van de Melkweg roteren, zoals de ster S2, bereiken relativistische snelheden van (bij S2) 1,67 procent de lichtsnelheid. Voldoende om te ontsnappen aan het zwaartekrachtsveld van de Melkweg en zeker voldoende om bijvoorbeeld het gebied van de Zon te bereiken, gesteld dat er een mechanisme bestond waarmee ze zich uit het zwaartekrachtsveld van dit zwarte gat konden bevrijden. Astronomen Loeb and Guillochon denken een dergelijk mechanisme gevonden te hebben[4]. De Melkweg slokt voortdurend kleinere sterrenstelsels op. Als het centrale zwarte gat dat van de Melkweg ontmoet, worden de omloopbanen van de sterren die hierom heen draaien instabiel. Deze worden dan soms weggeslingerd met snelheden die tot tientallen procenten van de lichtsnelheid kunnen bedragen. Je kan zelf dit effect waarnemen, als je in een zwaartekrachtssimulator, bijvoorbeeld deze, twee sterren met elk een planetenstelsel elkaar laat naderen.
Deze sterren zijn ook waar te nemen in de intergalactische ruimte, als ze het einde van hun bestaan in de Hoofdreeks naderen en, uitgeput, veranderen in rode reus [5].
Hiermee wordt het in principe mogelijk, dat sterren van het ene sterrenstelsel naar het andere reizen, met in hun kielzog een zwerm ijzige brokstukken die mogelijk leven herbergen. Een interessante theorie. Zou het leven afkomstig kunnen zijn van buiten de Melkweg?
Er bestaan sterren die vijftig keer zo groot zijn als de zon. Nog grotere sterren ontploffen vrijwel direct nadat ze zich vormen. Kleinere sterren dan ze zon bestaan ook, meer dan tachtig procent van alle sterren is in feite een rode dwergster. Maar hoe klein is de kleinst denkbare ster?
What Is The Smallest Star?
In dit filmpje zie je een afbeelding van een splijtingsreactie in plaats van kernfusie, een fout. Bij kernfusie smelten juist kleine atoomkernen samen tot grotere, waarbij energie vrijkomt.
Inderdaad is het uitermate moeilijk om kleinere opgloeiende sterren dan plm. 7,5% zonsmassa te creëren. Jupiter, bijvoorbeeld, is niet zwaar genoeg om proton-proton kernfusie plaats te laten vinden, al vindt vermoedelijk in de kern enige deuteriumfusie plaats. Verwacht dus niet op korte termijn je eigen milieuvriendelijke privé-sterretje om in je open haard op te hangen, tenzij ze opschieten met compacte fusiereactoren.
De kleinst denkbare lichtgevende ster met kenfusie, is in diameter ongeveer twee keer zo groot als Jupiter.
Een neutronenster is de massa van een complete ster, samengebald in een bol van tien tot vijftien kilometer doorsnede. Neutronensterren vormen zich, als de massa van een opgebrande ster tussen de 1,44 en (dit is onzeker) drie tot vijf zonsmassa’s of meer in ligt: volgens sommige hypothesen kunnen zich bij hogere massa’s nog quarksterren vormen. Een vrij nauwe massabegrenzing dus. De kans is dan ook niet heel groot, dat twee neutronensterren voortkomen uit een dubbelster.
Botsende neutronensterren in een artist impression. In werkelijkheid zijn neutronensterren zeer heet, waardoor ze waarschijnlijk wit opgloeien. Bron: Harvard.edu
Toch komt dit geregeld voor, door het enorme aantal sterren in alleen al ons Melkwegstelsel. De uiteindelijke crash van twee opgebrande sterren levert een korte gammaflits (SGRB) op en is één van de gewelddadigste verschijnselen in het universum, die volgens bepaalde theorieën verantwoordelijk is voor het ontstaan van zware elementen als goud en uranium[1]. In onderstaande video een met een supercomputer gemaakte simulatie van een dergelijke botsing.
NASA | Neutron Stars Rip Each Other Apart to Form Black Hole
