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

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.

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.

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.