15 november 2018

De roodverschuiving van GN-z11 is z=11,1 – eh…. wat betekent dat?

Dat is ‘m, het sterrenstelsel GN-z11

Met de ESA/NASa Hubble Space Telescope (HST) hebben ze onlangs een uitzonderlijk helder sterrenstelsel gevonden “dat zich op een recordafstand van 13,4 miljard lichtjaar afstand bevindt“, GN-z11 heet de cryptische naam van het stelsel. De link verwijst naar het nieuwsbericht over de vondst en daarin wordt melding gemaakt van de roodverschuiving van GN-z11, die 11,1 bedraagt. De roodverschuiving z, da’s de letter waarmee we die altijd aangeven, wat houdt dat precies in? Welnu, in de sterrenkunde kennen we roodverschuiving als het verschijnsel dat het spectrum van uitgezonden licht of andere elektromagnetische straling bij ontvangst naar “rood” verschoven is, dat wil zeggen in de richting van de langere golflengte. Bij blauwverschuiving is ’t andersom, dan is alles naar de blauwe kant van ’t spectrum verschoven, de kant met de kortere golflengtes. Precies zo gaat het met geluid, hetgeen we als het Doppler-effect kennen.

Roodverschuiving is het verschil tussen de waargenomen golflengte λ en de standaard golflengte (gemeten bij rust, bovenste afbeelding hierboven) λo gedeeld door de standaard golflengte λo, dus:

z=\frac{\lambda-\lambda_0}{\lambda_0}=\frac{f_0-f}{f}

De ‘f”s hierin zijn de frequenties. OK, dus de gemeten roodverschuiving van GN-z11 is 11,1 – nou ja eigenlijk 11,09 +0,08 – 0,12 om heel precies te zijn – maar dat zegt nog niet zo veel. En om eerlijk te zijn klopt het ook niet als we zeggen dat de afstand tot GN-Z11 13,4 miljard lichtjaar is! Wat wel klopt is dat het licht van GN-z11 er 13,4 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken. De grote verwarring ontstaat namelijk doordat het heelal gedurende die lange periode uitgedijd is en alle sterrenstelsels daarin, inclusief GN-z11 en ons Melkwegstelsel, en dat alles daardoor verder van elkaar is verwijderd. Die expansie van het heelal is niet alleen de reden dát we een roodverschuiving zien in het licht van GN-z11, maar het betekent ook dat we te maken hebben met verschillende afstanden:

  • toen het licht van GN-z11 werd uitgezonden was het heelal nog maar 400 miljoen jaar oud en de afstand tussen GN-z11 en het Melkwegstelsel was op dat moment 2,6 miljard lichtjaar. Eh… wacht eventjes, was het Melkwegstelsel er dan toen ook al, 400 miljoen jaar na de oerknal? Nee, vermoedelijk niet, maar we bedoelen hier de afstand tussen GN-z11 en de plek waar zich later de Melkweg zal gaan vormen. Die afstand wordt de ‘hoekdiameter afstand’ genoemd, de angular diameter distance.  Dus 13,4 miljard jaar geleden was de afstand tussen GN-z11 en ‘ons’ slechts 2,6 miljard lichtjaar.
  • In die verstreken 13,4 miljard jaar is het heelal verder uitgedijd en daarmee is de afstand tussen GN-z11 en het Melkwegstelsel ook gegroeid. inmiddels bedraagt die afstand… 32 miljard lichtjaar! ???? Yep, 32 miljard lichtjaar maar liefst en geen 13,4 miljard jaar zoals je zou verwachten en zoals verkeerd in het nieuwsbericht stond. Deze afstand wordt de comoving distance genoemd, tsja hoe vertaal je dat nou weer?

Een afstand van 32 miljard lichtjaar in een heelal dat 13,8 miljard jaar oud is, kan dat allemaal wel? Jazeker, dat kan best. Bedenk dat het waarneembare heelal door die continue expansie niet 13,8 miljard jaar in doorsnede is, maar…93 miljard lichtjaar, dan past dat gemakkelijk. Mmmm, best wel verwarrend nietwaar? Bekijk anders ook even deze Astroblog, die over dezelfde taaie materie handelt.

CREDIT: NASA, ESA, AND A. FEILD (STSCI)

Hierboven is heel wijselijk en juist de afstand weergegeven in tijd, d.w.z. hoeveel jaar het licht er over heeft gedaan ons te bereiken. In de afbeelding zie je naast GN-z11 ook de vorige recordhouder, EGSY8p7, die een roodverschuiving van z=8,68 had en wiens licht 13,23 miljard jaar geleden werd uitgezonden. Eh…. in dit verband: er is al iets waargenomen wat een nog véél grotere roodverschuiving heeft en dat is de kosmische microgolf-achtergrondstraling. Die heeft een roodverschuiving van maar liefst … 1089! Uitgezonden 13,8 miljard jaar geleden, toen het heelal nog maar 379.000 jaar oud was. Wat zou toen de hoekdiameter afstand met ons zijn geweest? 🙂  Bron: Koberlein.

Reacties

  1. rudiev zegt:

    Comoving distance..eigenlijk nooit echt bij stilgestaan, maar toch zo logisch. 🙂

    De kosmologische meebewegende afstand.

  2. Ja, dan heb je de roodverschuiving…..en vervolgens niets mee doen? Die roodverschuiving alleen heb je niet veel aan.

    Zodra je de roodverschuiving hebt, kan je de snelheid “V” berekenen van het object in “C” lichtsnelheid;

    V/C = ((Z+1)^2 -1) / ((Z+1)^2 +1)
    V/C = 0,986432399430160
    ofwel de snelheid is 0,986432399430160C

    En met de gevonden snelheid en de Hubble constante “Ho” kan je vervolgens berekenen hoe ver “R” het van je af staat. Nou ja, “van je af staat” klopt ook niet, je hebt dan de in het artikel genoemde lighttraveltime.

    R = V/Ho
    R = 0,9864323994301608C/71km/sec/Mpc
    R = 4168,024222944342 Mpc
    R = 13594,565350354622 miljoen lichtjaar ofwel 13,594 miljard lichtjaar

    Afhankelijk welk getal je kiest voor de Hubble constante, hoe dichter je bij het juiste antwoord komt. Ik gebruik altijd 71km/sec/Mpc. Maar als je 72km/sec/Mpc neemt kom je op 13.4 miljard

  3. Dat is nou precies wat ik in 2008 probeerde duidelijk te maken, en zo helder ^^
    http://home.zonnet.nl/edhoeven/megabigblackholthebigbamandaround.html

  4. En vergeet onze positie in space niet die ook een snelheid heeft, voor ons gezien een nul berekening, maar in werkelijkheid dijt dus de ruimte niet vanuit onze positie uit, maar maken wij er deel van uit.

    De vraag zou dan kunnen zijn wat is onze snelheid vanaf het denkbeeldige Big Bang en dan minus de roodverschuiving van het verst waargenomen?

    Zou dat dan iets lager liggen dan dat wij met waardes van roodverschuiving meten?

    • Inderdaad….die snelheid van 295930km/sec die ik hierboven noemde voor het Z11,1 object, is eigenlijk “gedeelde” snelheid. Z11,1 beweegt van ons af maar wij ook van Z11,1. Ieder met de helft van die snelheid.

      Het is met die roodverschuiving ook een beetje oppassen geblazen want er zijn drie soorten. Als gevolg van de expansie van het heelal (uit elkaar bewegen met de ruimte), als gevolg van echte snelheid (uit elkaar bewegen door de ruimte) en de roodverschuiving a.g.v. zwaartekracht (b.v. licht dat aan, ik bedoel niet uit, een zwart gat ontsnapt).

      In het heelal is er volgens Einstein geen statisch referentiepunt omdat alles in beweging is. Maar in astronomie/cosmologie gebruiken ze wel de CMB en de Hubble-flow als referentiepunt. Geen echte statische referentiepunten, maar bij benadering goed genoeg.

    • Edu, ik weet niet precies wat je bedoelt met de ‘denkbeeldige Big Bang’, maar het is niet zo dat er ergens in het heelal een punt is dat je het midden van het heelal kan noemen en dat je kan aanwijzen als de plek waar de oerknal plaatsvond. Alles bevond zich 13,8 miljard jaar geleden bij elkaar en door de expansie van de ruimte die toen startte en die in het begin een korte, exponentiële fase kende – de inflatieperiode – beweegt alles mee met de expansie van de ruimte. Wij kunnen ons het centrum van het heelal noemen, maar dat kunnen ze ook in GN-z11 roepen.

      • Ik denk dat ik jou gaat begrijpen Arie, als ik het met mijn eigen woorden vertaalt.

        Bedoel je dat alle locaties in de ruimte vanuit zichzelf uitdijt hoe klein de onderlinge afstand ook is? en dus daarmee hoe groter de onderlinge afstanden van de voormalige locaties word, hoe sneller de onderlinge afstand daarna weer vergroot?

        Dat eigenlijk alle locaties een centrum op zich zou kunnen zijn.

        Zou dan onze Aarde vroeger dichterbij de zon een omloopbaan hebben gehad, en zou de onderlinge afstand Zon / Aarde steeds groter worden, Is dat zo?

        Of, en/of, ? zoals ik de ruimte zie, dat er ook mede door zwaartekracht invloeden roodverschuivingen optreden, waardoor dit effect ( alles dijt uit vanuit zichzelf ) wel meetbaar is met roodverschuiving, maar de werkelijke ruimtelijke afstand minder groot zou kunnen zijn dan wat wij zien in roodverschuiving.

Laat wat van je horen

*

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