18 augustus 2022

De waarnemingshorizon van het heelal

Hubble-XDF

credit: NASA/ESA/Hubble/STScI

Het heelal is groot, hééééél groot zelfs. Het is 13,772 miljard jaar geleden ontstaan met een oerknal, volgens de allerlaatste metingen met de WMAP-satelliet. Het is verleidelijk om te denken dat het heelal dús een straal heeft van 13,772 miljard lichtjaar, maar dat is niet zo. Want door de expansie van het heelal – waarvan we sinds 1998 weten dat die expansie dankzij de donkere energie de afgelopen vijf miljard jaar is versneld – is het heelal veel groter, namelijk 46,5 miljard miljard lichtjaar in diameter. OK, dat gaat je voorstellingsvermogen te boven, ook dat van mij – wees gerust. Stel nou dat je een raket zou hebben die met de lichtsnelheid kan gaan, zou je dan in staat zijn om naar een sterrenstelsel af te reizen dat op 46,5 miljard lichtjaar afstand staat? Nee dat zal niet gaan en om dat uit te leggen moet je eerst even naar deze grafiek kijken.

waarnemingshorizon

Credit: Univ. Virgina.

(bron: Univ. van Virginia). Waar het om gaat is het begrip waarnemingshorizon: Een waarnemingshorizon of gebeurtenissenhorizon is in de kosmologie de grens van waarachter informatie (in de vorm van materie of licht) een bepaald ander punt niet meer kan bereiken. Vanwege die voortdurend doorgaande (versnelde) expansie zien we in foto’s zoals gemaakt met Hubble – zoals de XDF-foto bovenaan – zijn er sterrenstelsels die we nu nog wel kunnen zien, maar die op een gegeven moment letterlijk uit ons gezichtsveld zullen verdwijnen. Men heeft berekend wat die waarnemingshorizon op dit moment is en dat blijkt 16 miljard lichtjaar te zijn, in de grafiek hierboven aangegeven met de tweede blauwe, gestreepte vertikale lijn, met Ro=16 Gly = 16 miljard (Giga) lichtjaar. In die grafiek zitten wij op dit moment in het midden, bovenaan. Let wel: dat is in het ?CDM model van het heelal, dat uit gaat van donkere energie (?) en ‘koude, donkere materie’ (CDM). De roodverschuiving die daarbij hoort is z=1,8 [1]Met Hubble zien we objecten met een hogere roodverschuiving, zoals UDFj-39546284, dat het record heeft van z=11,9. Hoe kunnen we dat dat zien? Nou simpel, dat licht is al héél lang geleden … Lees verder. Binnen het heelal met die straal van 46,5 miljard lichtjaar is dus een gedeelte dat binnen de waarnemingshorizon valt, waarvan wij de inhoud (clusters van sterrenstelsels) kunnen zien, maar van het grootste gedeelte ervan weten dat het ooit buiten ons gezichtsveld zal vallen. Van het heelal valt slechts 4% binnen de waarnemingshorizon!

16 miljard

credit: the Millenium Simulation at Max-Planck-Institute for Astrophysics.

Dat percentage van 4% zal nog afnemen vanwege de versnelde uitdijing en uiteindelijk zullen we buiten ons Melkwegstelsel niet een sterrenstelsel meer zien! Dat is het moment dat men ook wel omschrijft als ‘het einde van de kosmologie‘. Bron: Starts with a bang + Scientific American. Van de auteurs van het artikel in de Sc. Am. is ook dit meer wetenschappelijke artikel, dat veel achtergrondinformatie bevat.

References

References
1 Met Hubble zien we objecten met een hogere roodverschuiving, zoals UDFj-39546284, dat het record heeft van z=11,9. Hoe kunnen we dat dat zien? Nou simpel, dat licht is al héél lang geleden uitgezonden, wel 13,1 miljard jaar geleden. Maar stel nou dat OP DIT MOMENT licht vanuit UDFj-39546284 naar ons toe zou worden gezonden, dan zou dat licht door de expansie van het heelal nooit bij ons aankomen.

Comments

  1. Huub Vaassen zegt

    Prof. dr. E. van den Heuvel, em. hoogleraar sterrenkunde, Un. van Amsterdam, zei tijdens een lezing van Studium Generale op 15 december in Maastricht dat we eigenlijk geen flauw idee hebben hoe groot het heelal is.

    • Ik heb wel een idee waar Van den Heuvel op doelde. De twee genoemde afmetingen van het heelal (46,5 miljard plus 16 miljard lichtjaar) zijn vrij algemeen aanvaarde cijfers, die in alle literatuur (zowel populair als wetenschappelijk) te vinden zijn. Het heelal dat een straal van 46,5 miljard lichtjaar heeft noemt men ook wel het ‘waarneembare’ heelal (Engels: the observable universe, zie http://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe), d.w.z. dat het licht dat vanuit dat gedeelte naar ons toe komt en dat uitgezonden is tussen 13,772 miljard jaar geleden en nu nog door ons waar te nemen is. Daar zitten dus ook sterrenstelsels met een hogere roodverschuiving dan z=1,8 tussen, zoals het door Hubble waargenomen stelsel UDFj-39546284, dat een roodverschuiving van 11,9 heeft. Of wat dacht je van de kosmische microgolf-achtergrondstraling, die een roodverschuiving van maar liefst 1091 had, waarvan je hier de allerlaatste foto ziet: https://www.astroblogs.nl/2012/12/22/de-nieuwste-en-beste-babyfoto-van-het-heelal-tot-nu-toe/. Het heelal met de straal van 16 miljard lichtjaar is zoals gezegd het heelal waarvan we alles wat NU wordt uitgezonden nog kunnen zien en dat we later nog moeten ontvangen. Maar nou komt het: dat grote ‘waarneembare’ heelal is niet het totale heelal! En dat heeft simpel te maken met de inflatieperiode in de allervroegste periode van het heelal. Toen heeft het heelal namelijk een kortstondige periode van exponentiële groei meegemaakt. Daardoor zijn er ook gedeelten in het heelal die wij nooit konden zien, 13,772 miljard jaar geleden al en nu al helemaal niet. Die vielen dus direct al buiten de waarnemingshorizon, vanaf het allereerste begin. Alan Guth, de bedenker van de inflatietheorie, denkt dat het totale heelal naar schatting 10^23 keer zo groot is als het waarneembare heelal. Maar da’s maar een schatting en ik denk dat dát is wat Van den Heuvel bedoeld als hetgeen we niet weten.

  2. wistjeal zegt

    weet je soms niet dat we maar poppetjes in een grote simulatie zijn

  3. descheleschilder zegt

    In principe bereiken ons (weliswaar enorm roodverschoven, dus niet observeerbare, vandaar dat het we over het waarneembare heelal hebben) ook fotonen uigezonden door deeltjes die tijdens de inflatie ver buiten het waarneembare universum terecht zijn gekomen. Ook de de fotonen die vanuit een afstand (volgens Guth) van 10^23 maal het waarneembare universum zijn uitgezonden, omdat die tijdens de korte inflatie periode “meeliftten” met de enorme expansiesnelheid. Ze zijn niet observeerbaar, maar zijn er wel. Op dezelfde manier kun je stellen dat de zogenaamde pocket universa(ums?) (hetgeen volgens mij onzin is) die beweerd worden te bestaan als gebiedjes in een ruimte die aan eeuwige inflatie onderhevig is, waar de inflatie is gestopt, wel degelijk met elkaar in contact kunnen staan. Fotonen die een gebiedje (“pocket universum”) verlaten worden door de inflatie “opgepikt” en kunnen zo een ander gebiedje bereiken, echter ook weer met een enorme roodverschuiving, waardoor ze niet waarneembaar zijn, maar de gebiedjes staan zo toch met elkaar in contact.

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: