Stokoude sterren; FRED HOYLE PROMOOT NIEUWE THEORIE OVER ONTSTAAN VAN HEELAL

George Beekman

Astronoom Fred Hoyle slaat weer toe. Volgens zijn nieuwste theorie is het heelal niet 14, maar 100 miljard jaar oud. Alleen dan is de huidige waarneembare hoeveelheid helium te verklaren.

EEN KWART VAN alle materie in het heelal is helium. De Britse astronoom Fred Hoyle en zijn Amerikaanse collega Geoffrey Burbidge menen goede argumenten te hebben dat dit element uitsluitend is ontstaan tijdens kernfusieprocessen in sterren en niet - zoals algemeen wordt aangenomen - voor het grootste deel in de eerste momenten na het ontstaan van het heelal. Ook andere lichte elementen, zoals lithium, beryllium en borium zouden pas later in sterren zijn ontstaan. Daarvoor is echter nodig dat die sterren een heel lange tijd hebben bestaan - ten minste tien maal zo lang als in de huidige theorie van het heelal mogelijk is.

Ongeveer 98 procent van alle materie in het heelal bestaat uit de twee lichtste elementen waterstof en helium, in een verhouding van 3 op 1. Alle andere elementen, door astronomen 'zware' elementen genoemd, vormen slechts 2 procent van de materie in het heelal. In alle astronomische leerboeken wordt gezegd dat waterstof en helium, evenals kleine hoeveelheden lithium beryllium en borium, ontstonden toen het heelal kort na zijn ontstaan door de Oerexplosie, voldoende was afgekoeld om uit de 'zee' van elementaire deeltjes atoomkernen te vormen. Die afkoeling, als gevolg van de uitdijing, verliep zo snel dat deze kosmologische nucleosynthese vrij gauw weer stopte en daarom moeten alle 'zware' elementen later zijn ontstaan.



In de jaren vijftig werd, met name door het onderzoek van Hoyle en Burbidge, ontdekt dat 'zware' elementen worden gevormd tijdens kernfusieprocessen in sterren. Sterren ontlenen hun energie aan de omzetting van waterstof in helium, maar later kan helium worden omgezet in koolstof, en die weer in zuurstof, stikstof, enzovoorts.



In sommige sterren ontstaan zo elementen tot aan (gasvormig) ijzer toe. En als die sterren aan het einde van hun leven exploderen, kunnen in de dan optredende kernfusieprocessen nog zwaardere elementen worden gevormd. Zo wordt de ruimte tussen de sterren verrijkt met elementen.



Hoyle (1915) is niet alleen bekend vanwege zijn onderzoek naar de kernfusieprocessen in sterren (waarvoor hij volgens sommigen een Nobelprijs voor natuurkunde had verdiend), maar ook door zijn afwijkende ideeen over de ontwikkeling van het heelal. In 1948 postuleerde hij tezamen met Hermann Bondi en Thomas Gold, de steady state-theorie. Die behelsde dat het heelal geen evolutie had gekend en geen begin had gehad en er gemiddeld altijd en overal hetzelfde zou uitzien. Alle materie in het heelal zou door kernfusie uit waterstof ontstaan en de waterstof zelf zou spontaan worden gecreeerd in de uitdijende ruimte tussen sterrenstelsels. Dat gebeurde echter in zo'n traag tempo, dat dit proces niet meetbaar was.



Het doel van deze theorie was vooral het omzeilen van het niet-waarneembare en niet-herhaalbare ontstaan van het heelal en van de vraag wat er voor die tijd was geweest. Later, toen telescopen steeds dieper in het heelal konden kijken, werd duidelijk dat het heelal er vroeger wel anders heeft uitgezien dan nu, wel is geevolueerd en een begin heeft gehad, ruwweg 14 miljard jaar geleden. Dat werd nog eens onderstreept toen de kosmische achtergrondstraling werd ontdekt: de straling die uit alle richtingen van het heelal komt en een soort overblijfsel is van de baaierd van energie van de Oerexplosie.



Hoyle moest zijn theorie van de continue schepping van materie in de jaren zestig laten varen, maar sinds zo'n jaar of vijf is hij met Burbidge en Narlikar een variant ervan aan het promoten.



De kern van deze quasi-steady state cosmology is opnieuw dat het heelal geen begin heeft gehad, maar cyclisch perioden doormaakt waarin overal langs quantummechanische weg waterstof wordt gecreeerd. Deze schepping zou plaatsvinden in sterke gravitatievelden met dichte opeenhopingen van reeds bestaande materie, zoals in het centrum van sterrenstelsels. De periode van deze scheppingscyclus zou ongeveer 100 miljard jaar bedragen en op deze tijdschaal zou ook de waargenomen uitdijing van het heelal varieren.



De grote hoeveelheid helium in het heelal, de geringe hoeveelheden lithium, beryllium en borium en de aanwezigheid van de kosmische achtergrondstraling worden tegenwoordig algemeen beschouwd als belangrijke bewijzen voor de theorie van de Oerexplosie. Hoyle en Burbidge beweren nu echter dat deze feiten ook hun theorie ondersteunen. Zij wijzen op het opmerkelijke feit dat de energiedichtheid van de kosmische achtergrondstraling vrijwel gelijk is aan die van het proces van de omzetting van waterstof in helium in sterren. Dat zou volgens hen kunnen betekenen dat de kosmische achtergrondstraling een relict is van gewone kernfusieprocessen in sterren en dat deze ook alle helium in het heelal hebben geproduceerd.



In een Oerknal-heelal van 10 tot 15 miljard jaar oud zou er niet voldoende tijd zijn geweest om langs deze weg de hoeveelheid helium te produceren die nu wordt waargenomen.
Maar in de quasi-steady state cosmology zouden sterren minstens honderd miljard jaar de tijd hebben gehad en in dat geval zouden de 'rustigste' onder hen wel voldoende helium hebben kunnen produceren. De twee astronomen halen allerlei onderzoekingen aan die er op zouden wijzen dat ook de drie andere lichte elementen (lithium, beryllium en borium) gewoon - in de loop van zo'n lange tijd - in sterren kunnen zijn ontstaan en tijdens eruptieve en explosieve verschijnselen de ruimte in werden geslingerd.



Hoyle en Burbidge concluderen dat het alles bij elkaar heel aannemelijk is dat alle elementen in de loop van de tijd zijn geproduceerd in sterren en dat daarmee twee bewijzen voor de theorie van de Oerknal wegvallen. Hun nieuwe onderzoek zal deze maand worden gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters, precies een halve eeuw nadat Hoyle zijn eerste, controversiele theorie in de vakliteratuur naar voren bracht. Ook de komende publicatie zal sommige astronomen weer het bloed onder de nagels vandaan halen.



Datum:

05-12-1998

Sectie:

WO

Pagina:

5

Onderschrift:

Spiraalsterrenstelsel NGC 1232. Volgens de theorie van Hoyle, Burbidge en Narlikar zou er in het centrum van zulke stelsels spontaan materie ontstaan in de vorm van waterstof. Foto ESO

Persoon:

Fred Hoyle



Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de oorspronkelijke auteur.