credit: NASA / ESA / Hubble Space Telescope (STScI)
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!
credit: NASA, ESA, Garth Illingworth (University of California, Santa Cruz) and Rychard Bouwens (University of California, Santa Cruz and Leiden University) and the HUDF09 Team.
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.
credit: Dave Morrow, ©2013 OneBigPhoto.com.
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.
credit: Richard Powell of http://www.atlasoftheuniverse.com/.
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.
credit: 2MASS, IPAC / Caltech and UMass.
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!
credit: ESA and the Planck Collaboration (top), ESA, of a simulation (bottom).
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”.
credit: NASA / ESA / Hubble Space Telescope (STScI/AURA).
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.
credit: ESA / Wolfram Freudling (ESO).
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.
credit: NASA; ESA; G. Illingworth, UCO/Lick Observatory and the University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, UCO/Lick Observatory and Leiden University; and the HUDF09 Team.
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 dá¡t moment uitzag (vanuit het stelsel zelf), wat zouden we dan zien? Nou, zoiets:
credit: Wyldsoul of deviantART (original), highly modified by Ethan Siegel.
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.http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=Xo80l5c2pGYDe 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!
credit: ESA / Herschel Space Telescope.
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!
credit: ESO.
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!
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.
