Credits: NASA, ESA, CSA, and STScI
In 2008 had ik deze Astroblog gewijd aan het verschijnsel roodverschuiving. Eerder vandaag had ik deze Astroblog waar roodverschuiving ook een rol in speelde, handelend over de vraag welk sterrenstelsel nou precies het verst van de aarde verwijderd is (voor zover waargenomen), is het GLASS-z13 (met roodverschuiving z=13) of HD1 (met z=13,3) of… CEERS-93316 (met z=16,7)? Lezer Nico vroeg zich naar aanleiding van de blog af of het zo zou kunnen zijn dat hoe hoger de z is, hoe dichter die oudjes op elkaar gepakt zitten (omdat het universum kleiner was), of vind je ze nog steeds random in alle richtingen?
Belangrijk is om onderscheid te maken in drie soorten roodverschuiving, te weten:
- roodverschuiving die ontstaat als voorwerpen (bijvoorbeeld sterrenstelsels) van elkaar vandaan vliegen.
- roodverschuiving die ontstaat als licht door een zwaartekrachtspotentieel moet, bijvoorbeeld als licht van een stelsel een zwaar cluster van sterrenstelsels passeert.
- roodverschuiving die ontstaat doordat de ruimte van het heelal uitdijt en alles daarin (o.a. sterrenstelsels) mee beweegt met die uitdijing.
Die laatste versie van roodverschuiving wordt kosmologische roodverschuiving genoemd en het is díe roodverschuiving waar we het over hebben (zie ook de illustratie hieronder). Het was George Lemaître die halverwege de jaren twintig van de vorige eeuw het verband legde tussen de waargenomen roodverschuiving van sterrenstelsels en een (toen nog hypothetische) uitdijing van het heelal. Enkele jaren later was het Edwin Hubble die het verband tussen de snelheid van een sterrenstelsel en diens afstand formaliseerde in een wiskundige wet, een wet die later de wet van Lemaître-Hubble werd genoemd.
NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
OK, terug naar Nico’s vraag, of het zou kunnen zijn dat hoe hoger de z is, hoe dichter die oudjes (van sterrenstelsels) op elkaar gepakt zitten (omdat het universum kleiner was), of vind je ze nog steeds random in alle richtingen? Ik reageerde al kort door te stellen dat het niets met richting te maken heeft en dat volgt uit de genoemde wet van Lemaître-Hubble én uit het kosmologische principe, de aanname dat het heelal er op grote schaal in alle richtingen hetzelfde uitziet (isotroop) en dat het op iedere plaats dezelfde eigenschappen bezit (homogeen). Kosmologische roodverschuiving draait dus sec om afstand, niet om richting. Het huidige waarneembare heelal is 13,8 miljard jaar oud en 93 miljard lichtjaar groot. Al die 13,8 miljard jaar is het heelal aan het uitdijen (in wisselende snelheden, dat wel), dus was het heelal vroeger kleiner. Dat was ook precies Lemaître’s idee: je ziet het heelal uitdijen door naar de roodverschuiving van sterrenstelsels te kijken, dus als je deze ‘film’ terug draait zie je het heelal steeds kleiner worden, totdat het moment van het ‘oeratoom’ wordt bereikt, het stadium dat alle materie in het heelal gepropt zat in een oneindig klein punt.
Dus het klopt wat Nico zegt: hoe hoger de z is, hoe dichter die oudjes (van sterrenstelsels) op elkaar gepakt zitten (omdat het universum kleiner was). De gemiddelde dichtheid was groter, de temperatuur was hoger, alles zat dichter op elkaar.
Erg ingewikkeld.
Volgens mij klopt het ook wat Nico zegt, maar is dat niet “dankzij” het kosmologische principe, maar juist “ondanks” het kosmologische principe.
Stel: het heelal is één grote bol met een diameter van 93 miljard lichtjaar
Als de aarde zich ongeveer in het midden van die bol zou bevinden, dan klopt het kosmologische principe zeer goed. Maar volgens mij klopt er weinig van het kosmologische principe als de aarde zich dicht bij de rand van die bol zou bevinden. Volgens mij zul je dan veel minder (waarneembare) “oudjes” tegenkomen wanneer je in de richting van de rand kijkt dan wanneer je in de richting van het midden van de bol kijkt. Volgens mij is dat wat Nico bedoelt met “het meer op elkaar gepakt zitten” van “oudjes” in een bepaalde richting. Ik gok maar wat natuurlijk.
Nou ga je er van uit dat het heelal een rand heeft en dat bewoners van sterrenstelsels in de buurt van die rand aan één kant minder stelsels zullen zien dan aan de andere kant. Maar het heelal heeft geen rand, zie deze en deze Astroblog daarover.
Ah ok, bedankt voor de reaktie en de links Arie ! Zo te lezen is er in 2016 al een zeer uitgebreide discussie over dit onderwerp gevoerd. Het blijft lastig om in meer dan drie dimensies te denken.