29 juli 2014

Hoe zou het universum eruit zien vanaf het verste sterrenstelsel?

01 UDFj-39546284

Onze partners van Starts With a Bang hebben een paar weken geleden een artikel geschreven over het verste sterrenstelsel dat we (tot nog toe) ontdekt hebben. Dit stelsel bevindt zich zo ver weg, dat het alleen zichtbaar is in infrarood licht en dat het alleen waargenomen kan worden door onze krachtigste ruimtetelescopen (Hubble en Spitzer). Wat zelfs nog merkwaardiger is, is dat het licht dat we nu opvangen oorspronkelijk is uitgezonden in het ultraviolette deel van het spectrum!

02 UDFj-39546284

Slechts de enorme expansie en roodverschuiving van het universum, samen met het feit dat het licht er 13,4 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken, zorgen ervoor dat we het stelsel vandaag de dag waarnemen in infrarood. Nu is het heelal ‘slechts’ 13,8 miljard jaar oud – dat betekent niet alleen dat we het stelsel zien vanaf een enorme afstand, maar dat we het daarnaast zien zoals het er lang geleden uitzag!

Ik weet niet hoe het met jullie zit, maar ik ben razend benieuwd wat we zouden zien als we ons in dat verre sterrenstelsel zouden bevinden, en in de richting van de Melkweg zouden kijken.

03 Milkyway

Hoe dan ook, als je binnen een sterrenstelsel leeft, dan zal je een nachthemel zien dat gevuld is met sterren uit dat sterrenstelsel. Maar wat zou je zien, als je voorbij het sterrenselsel zou kijken? Er zijn twee verschillende antwoorden, afhankelijk van hoe je de vraag interpreteert: een interessant antwoord en een enorm interessant antwoord. Laten we eerst de “gewoon” interessante doen.

4 superclusters map

Stel dat we niet hier geëvolueerd zouden zijn, in de Melkweg, het één na grootste sterrenstelsel in de Lokale Groep, een kleine groep van sterrenstelsels op 55 miljoen lichtjaar afstand van de Virgo Supercluster; maar dat we daar geëvolueerd zouden zijn, in UDFj-39546284, de huidige recordhouder in de categorie “verste sterrenstelsel”?

Wat zouden we zien?

In veel opzichten zou het lijken op ons huidige uitzicht.

5 galaxies in the infrared sky

We zouden nog altijd leven in een universum dat 13,8 miljard jaar oud is, met dezelfde proporties van donkere materie, donkere energie, normale materie en straling. We zouden nog altijd leven in een heelal gevuld met clusters en leegtes, met dezelfde natuurwetten en met hetzelfde spectrum van fluctuaties op dezelfde temperatuur (2,73 K) als onze waargenomen kosmische microgolf-achtergrondstraling. We zouden nog altijd een enorme verscheidenheid zien aan sterren, planeten, sterrenclusters en sterrenstelsels. Dit soort zaken op grote schaal zouden hetzelfde zijn.

Enkele belangrijke details zouden echter heel anders zijn!

6 WMAP

Ten eerste zal de kosmische achtergrondstraling een heel ander patroon van hete en koude plekken laten zien. Het patroon dat we vanaf de aarde zien, is afhankelijk van zowel de locatie als de tijd. Als we ons op een andere locatie bevinden (of op een andere tijd), in stappen van respectievelijk 117.000 lichtjaar en 117.000 jaar, dan zouden we een heel ander patroon waarnemen. Ja, het zal nog altijd hetzelfde spectrum van fluctuaties zijn, maar de individuele details lijken in niets op dat van het “onze”.

7 M60

Daarnaast zal het protostelsel dat we nu waarnemen, UDFj-39546284, zich vermoedelijk gaan evolueren tot een reusachtig elliptisch sterrenstelsel en één van de grootste sterrenstelsels in z’n omgeving. Vanuit zo’n elliptisch reuzenstelsel (ongeveer zoals Messier 60 hierboven) zal de nachthemel er heel anders uitzien dan vanuit een spiraalstelsel en dat zou een enorm verschil uitmaken voor vrijwel alle niet-extragalactische waarnemingen.

8 proto galaxy

En als we exact in de tegenovergestelde richting zouden kijken vanaf het punt waarop we het stelsel nu waarnemen vanaf dat stelsel (volg je ‘m nog?), dan zouden we naar onze Melkweg kijken. Wat zouden we zien? Vermoedelijk een lichtzwakke collectie van kleine protostelsels die veel kleiner zijn dan de Melkweg van nu. De Melkweg is waarschijnlijk ontstaan door de samensmelting van kleinere stelsels, waarvan de meeste heel oud zijn.

We zouden veel betere telescopen nodig hebben dan zelfs de beste telescopen van nu om überhaupt iets te kunnen zien, maar als we die zouden hebben, dan zouden van honderden protostelsels en duizenden bolvormige sterrenhopen waarnemen die uiteindelijk de Melkweg zullen maken.

En dat is het minst interessante antwoord op onze vraag.

9 XDF

Een veel interessanter antwoord zou zijn, dan we het universum vanaf die locatie niet zien op een leeftijd van 13,8 miljard lichtjaar, maar dat we ons op die locatie bevinden zoals het was zoals wij het nu waarnemen, oftewel op het moment dat het heelal slechts 370 miljoen jaar oud was; slechts 2,6% van z’n huidige leeftijd. Hierboven zie je de Hubble eXtreme Deep Field, momenteel onze diepste kijk op het universum. Als we momenteel in de diepte van de duisternis staren, ver van alle bekende sterrenstelsels, dan is bovenstaande opname hetgeen we zullen zien als we een voldoende lange belichting gebruiken.

Als we in staat zouden zijn om voorbij de sterren van UDFj-39546284 te kijken, zoals het er op dát moment uitzag (vanuit het stelsel zelf), wat zouden we dan zien? Nou, zoiets:

10 ionised pockets in early universe

Buiten de sterren van UDFj-39546284 zal bijna niets te zien zijn. Dat komt niet doordat het universum niet gevuld is met sterren en protostelsels, dat is namelijk wel het geval. Het komt doordat het universum nog altijd gevuld is met neutraal, lichtblokkerend gas en stof. Met uitzondering van een paar geïoniseerde gebieden, is het grootste deel van het heelal nog niet doorzichtig in zichtbaar licht. Er zullen nog vele generaties van sterren nodig zijn om het universum geheel te herïoniseren en doorzichtig te maken. Het is zoals het filmpje hieronder, op pauze gezet op 0:26.

De kosmische microgolf achtergrondstraling? Echt niet! Op dat moment zou de temperatuur van de achtergrondstraling een relatief hete 35 Kelvin bedragen hebben, warm genoeg om in infrarood licht zichtbaar te zijn. Dezelfde golflengten die door de Spitzer-ruimtetelescoop gezien zijn, om stervormend gas te bestuderen, zal gemengd zijn met het overgebleven oerlicht van het jonge universum!

11 starforming cloud

De gemiddelde dichtheid van het universum zou 2100 keer hoger zijn dan vandaag de dag; in vrijwel iedere richting zal zich een gigantische hoeveelheid lichtblokkerend stof bevinden. Bok-globulen, zoals de zwarte wolk (Bernard 68) hieronder, zullen veel effectiever zijn in het wegfilteren van achtergrondlicht dan vandaag de dag!

Bok globule

Wat nog erger zal zijn, is dat hetgene dat we wel kunnen zien met een enorme afstand van ons vandaan zal bewegen. Denk je dat het heelal nu snel uitdijt? Echt niet!

Vandaag de dag zal voor iedere megaparsec afstand (3.000.000 lichtjaar) een object zich gemiddeld met een snelheid van 67 kilometer per seconde van ons vandaan bewegen. Destijds zal voor iedere megaparsec afstand een object zich met een snelheid van 1700 km/s van ons vandaan bewegen, oftewel zo’n 0,6 procent van de lichtsnelheid!

12 composition of the cosmos

Weet je wat ook cool is? Dat donkere energie destijds een dusdanig lage dichtheid gehad heeft (minder dan 0,1%) dat het compleet ondetecteerbaar moet zijn geweest. Normale materie, donkere materie en straling zouden alles gedomineerd hebben en dat nog miljarden jaren lang blijven doen.

Nou, dat is het hoe het universum eruit zou zien vanuit het perspectief van de huidige recordhouder van verste sterrenstelsel!

Bron: Starts With a Bang

Share

Reacties

  1. Hans Hulsink zegt:

    Wordt hier niet een enorme denkfout gemaakt? Als we ons nu op of in UDFj-39546284 zouden bevinden, deze omgeving van het heelal is toch ook verder geëvolueerd? Daar is de ontwikkeling toch ook 13,4 miljard jaar verder? Het licht wat we nu waarnemen is 13,8 miljard jaar onderweg geweest, dus we zien het verleden. De evolutie van UDFj-39546284 zien we (nog) niet omdat dit licht nog onderweg is naar ons toe. Net zomin kan met zekerheid gesteld worden dat naar de “buitenkant” weinig tot niets te zien is. Er is geen mens die hard kan maken dat voorbij UDFj-39546284 geen sterrenstelsels zijn aangezien het licht van die afstand ons nog niet bereikt heeft.
    Kortom, als wij het niet kunnen waarnemen is het er niet, beetje middeleeuws.

  2. Volgens mij worden er twee varianten in de blog geponeerd: de ene waarbij je je in UDFj-39546284 bevindt en het heelal is 13,8 miljard jaar oud, de andere waarbij je je in UDFj-39546284 bevindt en het heelal is slechts 370 miljoen jaar oud. In die eerste versie zal UDFj-39546284 omgeven zijn door net zoveel sterrenstelsels zoals de Melkweg is, in de tweede versie zijn er minder sterrenstelsels zichtbaar, simpelweg omdat er toen nog niet zoveel sterrenstelsels waren. Het heelal zat toen in z’n ‘donkere eeuwen‘ periode, waarbij het letterlijk donker was en alleen hier en daar bakens van licht ontstonden, de allereerste sterrenstelsels.

Laat wat van je horen

* Copy This Password *

* Type Or Paste Password Here *