National Aeronautics and Space Administration
Over de afbeelding
De huidige waarnemingen suggereren dat het heelal ongeveer 13,7 miljard jaar oud is. We weten dat licht tijd nodig heeft om te reizen, dus als we een object waarnemen dat 13 miljard lichtjaar van ons vandaan is, dan reist dat licht al 13 miljard jaar naar ons toe. In wezen zien we dat object zoals het 13 miljard jaar geleden verscheen.
Met elk jaar dat verstrijkt, stelt onze nieuwste technologie ons in staat steeds verder terug te kijken.
Het beeld dat voor deze stop op onze reis wordt gebruikt, is het Hubble Ultra Deep Field (UDF). Het UDF is een van de diepste beelden van het zichtbare heelal tot nu toe; het was zeker het diepste toen het in 2003-2004 werd gemaakt. Er zijn ongeveer 10.000 melkwegstelsels in dit beeld, dat een soort “kernmonster” is van een zeer smal stukje hemel in de buurt van het sterrenbeeld Fornax. De kleinste, roodste sterrenstelsels op de foto, waarvan er ongeveer 100 zijn, behoren tot de verste objecten die bekend zijn!
De UDF kijkt ongeveer 13 miljard jaar terug in de tijd (ongeveer tussen 400 en 800 miljoen jaar na de oerknal). Sterrenstelsels die in die periode bestonden, zouden heel jong zijn en qua structuur en uiterlijk heel anders dan de grote spiralen die we nu in de buurt zien.
What is the Farthest Known Object From Earth?
Update 02/03/16: Hier zijn de nieuwste kandidaten (respectievelijk vanaf september en mei 2015) voor het verste sterrenstelsel dat tot nu toe is gedetecteerd. EGS8p7 op meer dan 13,2 miljard lichtjaar afstand, en EGS-zs8-1 op 13,1 miljard lichtjaar afstand.
In december van 2012 kondigden astronomen een ontdekking door de Hubble Space Telescope aan van zeven primitieve sterrenstelsels die zich op meer dan 13 miljard lichtjaar afstand van ons bevinden. De resultaten zijn afkomstig van een onderzoek van hetzelfde stuk hemel dat bekend staat als het Ultradiepe Veld (UDF). Bij dit onderzoek, UDF12 genaamd, is gebruik gemaakt van de Wide Field Camera 3 van de Hubble-telescoop om met bijna-infrarood licht dieper in de ruimte te kijken dan bij alle voorgaande Hubble-waarnemingen.
Waarom infrarood? Omdat het heelal uitdijt; dus hoe verder we terugkijken, hoe sneller objecten zich van ons verwijderen, waardoor hun licht naar het rood verschuift. Roodverschuiving betekent dat licht dat als ultraviolet of zichtbaar licht wordt uitgezonden, steeds meer naar rodere golflengten verschuift.
De extreme afstand van deze pas ontdekte sterrenstelsels betekent dat hun licht al meer dan 13 miljard jaar naar ons onderweg is, uit een tijd dat het heelal minder dan 4% van zijn huidige leeftijd had.
De ontdekking van deze sterrenstelsels, waarover je meer kunt lezen in het NASA-artikel, is spannend omdat het ons een idee kan geven van hoe overvloedig sterrenstelsels waren in de tijd dat sterrenkundigen dachten dat sterrenstelsels zich voor het eerst begonnen te vormen. (Phil Plait heeft ook een goede column over deze ontdekking.)
Op het moment van schrijven lijkt het erop dat een van de sterrenstelsels in deze recente Hubble ontdekking een afstandsrecordbreker kan zijn – het werd 380 miljoen jaar na de Big Bang waargenomen, met een roodverschuiving van 11,9. Dit betekent dat het licht van dit sterrenstelsel (hieronder afgebeeld) 13,3+ miljard lichtjaar geleden is vertrokken.
Nauwelijks een maand geleden was de huidige kandidaat dit object: een jong sterrenstelsel genaamd MACS0647-JD. Het is slechts een fractie van de grootte van onze Melkweg – en werd waargenomen op 420 miljoen jaar na de oerknal, toen het heelal 3 procent van zijn huidige leeftijd van 13,7 miljard jaar had. Om dit sterrenstelsel te spotten, gebruikten astronomen de krachtige zwaartekracht van de massieve sterrenstelselcluster MACS J0647+7015 om het licht van het verre sterrenstelsel te vergroten; dit effect wordt gravitatielensing genoemd.
Eerder in 2012, met de gecombineerde kracht van NASA’s Spitzer en Hubble ruimtetelescopen, alsmede het gebruik van gravitatielens, ontdekte een team van astronomen wat toen mogelijk het verste sterrenstelsel was dat ooit was gezien. Het licht van dit jonge sterrenstelsel, MACS1149-JD, werd uitgezonden toen ons 13,7 miljard jaar oude heelal slechts 500 miljoen jaar oud was.
In 2010 werd een kandidaat voor het meest verre sterrenstelsel gevonden in het Hubble Ultra Deep Field. UDFy-38135539 staat vermoedelijk 13,1 miljard lichtjaar van ons vandaan. Er is meer informatie in dit artikel op Phil Plait’s blog. Ik heb zijn gelabelde afbeeldingen gebruikt:
De objecten in het Hubble Ultra Deep Field zijn misschien wel de verst bekende objecten, maar er zijn nog andere kanshebbers.
Daaronder bevindt zich een sterrenstelsel met de naam Abell 1835 IR1916, dat in 2004 is ontdekt door astronomen van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht met behulp van een nabij-infraroodinstrument op de Very Large Telescope. Het object is voor ons zichtbaar vanwege gravitatielensing door de sterrenstelselcluster Abell 1835, die tussen dit object en ons in staat. Dit sterrenstelsel zou ongeveer 13,2 miljard lichtjaar van ons verwijderd zijn, wat betekent dat het dateert van ongeveer 500 miljoen jaar na de oerknal. Deze vondst is echter nog niet door andere instrumenten geverifieerd – de Spitzer Space Telescope probeerde het in 2006 zonder succes.
Ook in 2004 ontdekte een team dat zowel de Hubble Space Telescope als het Keck Observatory gebruikte, een sterrenstelsel dat ongeveer 13 miljard jaar van ons vandaan zou moeten staan. Het werd gevonden bij de observatie van de cluster Abell 2218. Het licht van het verre sterrenstelsel was zichtbaar door gravitatielens. Het zeer verre object is het omcirkelde object. Voor meer informatie, zie dit persbericht.
Dan is er nog de infrarood James Webb Space Telescope. De Hubble-telescoop kan wel infrarood, maar niet midden-infrarood waarnemen, en om objecten met een zeer hoge roodverschuiving te kunnen zien, is een krachtige telescoop nodig die ook midden-infrarood kan waarnemen. JWST zal terug kunnen kijken tot de eerste lichtgevende objecten die na de oerknal zijn ontstaan
Een van de doelstellingen van JWST is zelfs om nog verder terug te kijken, tot slechts 200 miljoen jaar na de oerknal. Volgens één model van de evolutie van sterrenstelsels vormen zich toen de eerste sterrenstelsels en we hebben JWST nodig om deze theoretische voorspelling te testen!
(Opmerking: JWST zal deze eerste sterrenstelsels kunnen zien zonder de hulp van gravitatielens; gravitatielens zou ons in staat kunnen stellen ze beter te zien, maar zou ons niet noodzakelijkerwijs verder terug in de tijd laten kijken).
Afstandsinformatie
Sommige van de meest recent ontdekte objecten kunnen meer dan 13 miljard lichtjaar van ons vandaan staan, zoals wordt afgeleid uit een standaardmodel van het heelal. Er is echter een krachtige nieuwe generatie telescopen nodig, zoals de James Webb Space Telescope, om de vermoedelijke afstanden van deze objecten te bevestigen.
Wanneer 13 miljard lichtjaar wordt vertaald in kilometers, zijn er een duizelingwekkend aantal nullen – het komt uit op ongeveer 123.000.000.000.000.000.000.000 km.
Toen de tijd verstrijkt, zal ons vermogen om verder en verder weg te kijken ook toenemen – en ons inzicht geven in het allereerste begin van het bestaan van het heelal!
Hoe berekenen we afstanden van deze omvang?
Op deze afstanden wordt de roodverschuiving van objecten gebruikt, met uitbreiding van de Wet van Hubble naar het verre heelal. Hier moeten we de geschiedenis kennen van hoe snel het heelal op elk moment in de tijd uitdijde. Dit kan worden berekend uit de hoeveelheid normale en donkere materie en donkere energie. Probeer de Javascript kosmologie-calculator van Prof. Wright op:
http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html
Voor meer informatie over de Wet van Hubble, lees het gedeelte over het vinden van afstanden tot de dichtstbijzijnde superclusters.
Waarom zijn deze afstanden belangrijk voor astronomen?
Wetenschappers hebben de leeftijd van het heelal geschat op 13,73 miljard jaar oud (met een onzekerheid van ongeveer 120 miljoen jaar). Als we een object waarnemen dat 13 miljard lichtjaar van ons vandaan is, zien we het in feite zoals het 13 miljard jaar geleden was, toen het heelal nog jong was. De mogelijkheid om het vroege heelal te zien en dus hopelijk te begrijpen is belangrijk om te begrijpen hoe het werd gevormd. Als we ver genoeg terug in de tijd kijken, vangen we misschien een glimp op van de eerste sterrenstelsels toen ze zich net vormden. Misschien kunnen we op een dag zien hoe de eerste sterrenstelsels zich vormden. Kunnen we nog verder terug kijken dan dat? Alleen de tijd (en de technologie) zal het leren!
Reistijd
Met een snelheid van 17,3 km/sec (de snelheid waarmee de Voyager van de zon af reist), zou het ongeveer 225.000.000.000.000 jaar duren om deze afstand te bereiken. Met de snelheid van het licht zou het 13 miljard jaar duren!
Terug