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

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 ? en de standaard golflengte (gemeten bij rust, bovenste afbeelding hierboven) ?o gedeeld door de standaard golflengte ?o, dus:

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.

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.