28 maart 2024

GHZ2/GLASS-z12 heeft een roodverschuiving van z=12,2 – wat houdt dat nou precies in?

Credit: NASA / ESA / CSA / T. Treu, UCLA / NAOJ / T. Bakx, Nagoya U.

December vorig jaar konden sterrenkundigen met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili bevestigen dat het sterrenstelsel genaamd GHZ2/GLASS-z12, een roodverschuiving heeft van 12,2, of zoals het wordt aangegeven: z=12,2. OK, dat klinkt allemaal leuk, maar wat houdt dat precies in, een roodverschuiving van 12,2? Ik heb 15 jaar geleden al eens aandacht geschonken aan het begrip roodverschuiving en in wezen is er niets veranderd aan de uitleg – ter aanvulling: deze Astroblog heeft er ook mee te maken.

Roodverschuiving is het verschijnsel dat het spectrum van uitgezonden licht of andere elektromagnetische straling bij ontvangst naar “rood” verschoven is, d.w.z. in de richting van de langere golflengten (lagere frequenties). Beweegt een sterrenstelsel zich van ons af dan zien we een roodverschuiving, hetgeen te zien is aan de spectraalllijnen in het spectrum. Komt het stelsel naar ons toe, zoals bijvoorbeeld het geval is met het Andromedastelsel M31, dan heb je een blauwverschuiving. De roodverschuiving wordt kwantitatief uitgedrukt in de relatieve verandering z van de golflengte λ ten opzichte van de uitgezonden golflengte λ0 en frekwentie f0:

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

Met ALMA was men in staat om in het spectrum van GHZ2/GLASS-z12 de emissielijn van zuurstof te meten, de lijn van OIII. Deze lijn heeft in rust een golflengte van 88 μm (micrometer). De door ALMA waargenomen golflengte van OIII was echter 1.160 μm, véél groter dus. Dat komt omdat het heelal aan het uitdijen is en het is door deze expansie van de ruimte dat de golflengte toeneemt, hoe verder in de tijd des te groter is de toename van de golflengte (zie de afbeelding hieronder). Grotere golflengten gaan in het spectrum naar rood, kortere golflengten naar blauw, dus daarom spreken we van roodverschuiving als de golflengten groter worden (en de frekwenties kleiner). Stoppen we de genoemde getallen in bovenstaande vergelijking dan krijgen we z = (1160 – 88)/88 = 12,2, dus zo komen ze aan die waarde.

Licht in een uiitdijend heelal krijgt een steeds grotere golflengte. Credit: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Om op basis van z=12,2 uit te rekenen hoe ver GHZ2/GLASS-z12 van ons af staat moeten we iets weten over de uitdijing van het heelal, want die uitdijing is van invloed op de afstand. De uitdijing wordt aangegeven met de Hubble constante H0, maar zoals we sinds 2016 weten is daar een flinke discussie over, de welbekende Hubble spanning. De waarde van H0 zit ruwweg tussen 68 en 72 km/s/Mpc, dus als we voor het gemak even 70 km/s/Mpc aanhouden zitten we voor nu veilig. Bij die H0 is de leeftijd van het heelal 13,46 miljard jaar oud en het licht van GHZ2/GLASS-z12 heeft er 13,1 miljard jaar over gedaan om ons te bereiken. Ergo: GHZ2/GLASS-z12 bestond al 13,46 – 13,1 miljard = 360 miljoen jaar na de oerknal.

Credit: Max Planck Instituut.

Maar toen het licht van GHZ2/GLASS-z12 13,1 miljard jaar geleden werd uitgezonden, hoe ver stond het stelsel toen van ons vandaan, van het proto-Melkwegstelsel? Dat blijkt volgens berekeningen 2,4 miljard lichtjaar te zijn. Dus 360 miljoen jaar na de oerknal stonden GHZ2/GLASS-z12 en de voorloper van ons Melkwegstelsel 2,4 miljard lichtjaar van ons vandaan. En nu, 13,1 miljard jaar later? Dan komt de uitdijing van het heelal om de hoek kijken, want door die uitdijing zijn de twee stelsels verder van elkaar geraakt. Dat blijkt maar liefst … 32 miljard lichtjaar te zijn, de afstand tussen ons en het huidige GHZ2/GLASS-z12. In de afbeelding hierboven heb ik al die afstanden weergegeven. Op de foto gemaakt door Webb is GHZ2/GLASS-z12 niet meer dan een vaag oranje vlekje (zie de foto bovenaan), maar interessant is natuurlijk hoe het er nu uit ziet. Welnu, dat zullen we nooit te weten komen, want het stelsel staat simpelweg te ver weg om in de huidige staat te kunnen zien, we zien ‘m alleen zoals ‘ie er ruim dertien miljard jaar uit zag, 360 miljoen jaar na de oerknal. Bron: NRAO.

Share

Comments

  1. Theo Prinse zegt

    Rood/Blauw verkleuring/verschuiving ontstaat dus door platter of langgerekter worden fotonen.
    Mijn stelling dat (wellicht) de rood en blauwverschuiving resp. een langer of korter worden is van de ruimte tussen de fotonen en die dan in de voorstelling van de menselijke hersenen die rood/blauw kleur verandering laat zien, is dan niet zo belangrijk.
    Toch is het is een gedurfde stelling want erken er de algemene aanname mee dat die fotonen zelf (‘blauwe’ of ‘rode’) toch met absolute lichtsnelheid voortbewegen.
    2. Dus de zwaartekracht heeft geen effect op de fotonen wanneer deze (met de lichtsnelheid) (weer) ontsnappen uit de elektronen die weer in een atoom zit dat weer in een ster zit die weer met (tot dusver snelst gemeten) 8 miljoen km naar de waarnemer toe of weg snelt.
    >Dielijken< ze langzamer te gaan maar ze gaan alleen maar onzichtbaar voor het menselijk oog met omwegen om moleculen heen … ononderbroken met de lichtsnelheid.
    ———-
    Bij kwantum verstrengeling wordt een foton in twee gesplitst en elk op twee afzonderlijke en gefixeerde ('stilstaande') elektronen geschoten (waar ze dan weer in gevangen worden) en dan lijkt het aannemelijk dat die twee gesplitste fotonen toch een blijvend verbindingsspoor te hebben aangelegd tussen zichzelf en dat spoor weer overgebracht op de elektronen waar ze in opgenomen zijn.
    Ook hebben de twee verschillende elektronen nu dezelfde spin momentum dat gemeten kan worden maar waarbij de spin richting steeds (zij het willekeurig) mee verandert na elke meting.
    Mijn stelling is dat een Foton (en eigenlijk elk deeltje) is opgebouwd uit een wolk van veel kleinere deeltjes uit de Dirac-zee en die foton (elektron) verbindingslijn dus ook.
    Die verbindingslijn lijkt aannemelijk zeer veel kleiner dan het elektron maar steeds toch sterk genoeg om de spin richting verandering over te dragen … en om dat te doen met een instantaan snelheid (10.000 keer de lichtsnelheid)

    • @Theo, Google Maps kan de Dirac Zee niet vinden, waar ligt die precies?

      • Theo Prinse zegt

        De Diraczee bestaat officieel ook niet meer Nico. Ik heb het alleen figuurlijk bedoelt zoals in de vastestoffysica

        • Die hypothetische zee van Dirac is inderdaad al jaren geleden gedempt. Maar wat heeft de vastestoffysica nu van doen met de uitdijing van het heelal en die roodverschuivingen?

    • “Rood/Blauw verkleuring/verschuiving ontstaat dus door platter of langgerekter worden fotonen.”

      Dat is niet zo. Fotonen hebben een golflengte en het is die golflengte – niet het foton – die korter of langer kan worden.

      “Dus de zwaartekracht heeft geen effect op de fotonen (…)”

      Jawel, de zwaartekracht heeft juist wel effect op fotonen: hun golflengte verandert onder invloed van zwaartekracht en ze worden ook afgebogen in een zwaartekrachtsveld.

      “Bij kwantum verstrengeling wordt een foton in twee gesplitst (…)”

      Nee, dat gebeurt niet, fotonen zijn elementair en kunnen niet gesplitst worden. Kwantumverstrengeling vindt verder ook plaats bij andere deeltjes dan fotonen, bijvoorbeeld elektronen, die ook al weer niet gesplitst kunnen worden (want elementair), of zelfs protonen, die wel zijn samengesteld maar evenmin gesplitst kunnen worden, in elk geval niet door mensen.

      “(…) en elk op twee afzonderlijke en gefixeerde (‘stilstaande’) elektronen geschoten (…)”

      Nee, stilstaande elektronen bestaan niet. Zie het onzekerheidsprincipe van Heisenberg.

      “Bij kwantum verstrengeling wordt een foton in twee gesplitst en elk op twee afzonderlijke en gefixeerde (‘stilstaande’) elektronen geschoten (waar ze dan weer in gevangen worden)”

      Dit is absoluut niet hoe kwantumverstrengeling werkt, en het kan bovendien niet want stilstaande elektronen bestaan niet.

      “Mijn stelling is dat een Foton (en eigenlijk elk deeltje) is opgebouwd uit (…)”

      Nee, fotonen zijn elementair en zijn dus niet opgebouwd uit andere deeltjes. De rest van je post valt uiteen want onvolgbaar en gefundeerd op foute aannames.

  2. 360 miljoen jaar na de knal stond een sterrenstelsel al 2,4 miljard lichtjaar van ons af. Na de inflatie in de eerste 10-32 seconde was het heelal zo groot als een grapefruit, waarna de uitdijing zo ongeveer vertraagde tot 70km/sec/mparsec na 300.000 jaar. Dan moet de uitdijing in de tussenliggende periode nog steeds enorm zijn geweest om zo’n afstand te verklaren. Klopt dat, of mis ik iets?

  3. Robert Heijd zegt

    Oprecht vraagje: Hoe weten de astronomen nu te bepalen dat die golflengte van 1.160 van het opgevangen licht, zuurstof moet zijn geweest van 88 μm? Doen ze dat aan de hand van de polarisatie van het licht misschien?

Speak Your Mind

*