Afstanden meten in het heelal
Naar aanleiding van mijn Astroblog over de pas ontdekte supercluster van sterrenstelsels Laniakea is er een discussie losgebarsten over afstanden tussen sterrenstelsels – zelfs hier en daar leidend tot de nodige irritatie. Als je in 2014 een afstand meet tot willekeurig één van de 100.000 sterrenstelsels in Laniakea en je meet een afstand van bijvoorbeeld 100 miljoen lichtjaar, dan weet je dat het licht er 100 miljoen jaar over heeft gedaan om hier te komen. Maar je weet ook dat het sterrenstelsel waarvan je de afstand hebt bepaald niet stil staat en dat het NU inmiddels een andere plek in het heelal heeft gekregen. Alsof je na weken een ansicht krijgt van iemand uit Madrid, maar je weet dat die persoon inmiddels op een heel andere plaats zit. Vanwege deze discussie dacht ik dat het goed is om een paar dingen te verduidelijken.
Om te beginnen is het goed te beseffen dat sterrenkundigen weten dat sterrenstelsels niet stil in het heelal staan, maar dat ze continue bewegen. Daarbij zijn twee bewegingen van belang: de beweging die het gevolg is van de expansie van het heelal, dat wordt ook wel de ‘Hubble Flow’ genoemd, en de beweging die komt door lokale gravitationele invloeden, bewegingen van sterrenstelsels in clusters en superclusters doordat ze elkaar gravitationeel beïnvloeden. Sterrenkundigen houden met die bewegingen rekening en dat doen ze door twee verschillende afstanden te onderscheiden:
De afstand die rekening houdt met de expansie van het heelal is de zogenaamde ‘comoving distance’ – is meebewegende afstand de juiste vertaling? Bij deze afstand hanteert men een schaalfactor, zodat de afstand tussen twee sterrenstelsels gelijk blijft. Is de afstand tussen twee stelsels 100 miljoen lichtjaar, dan is dat over een miljard jaar nog steeds zo, dankzij de schaalfactor, ondanks de expansie van het heelal.
De andere afstand is de ‘proper distance’ – zeg de eigen afstand – die zegt wat de afstand tussen twee sterrenstelsels op een bepaald moment is. Staan twee stelsels 100 miljoen lichtjaar van elkaar vandaan, dan zou dat over een miljard jaar dankzij de expansie best wel eens verdubbeld kunnen zijn. Feitelijk zijn er drie eigen afstanden:
de eigen afstand op het moment dat het licht van het ene stelsel naar het andere stelsel werd uitgezonden.
de eigen afstand op het moment dat het licht van het ene stelsel bij het andere stelsel aankomt.
de eigen afstand die het licht zelf aflegt.
Onderstaande afbeelding maakt dit duidelijk, waarbij opgemerkt moet worden dat de eigen afstand op het moment dat het licht van het ene stelsel aankomt bij het andere stelsel gelijk is aan de meebewegende afstand, hetgeen per definitie is, op moment t=1 (nu) is de schaalfactor ook 1 – net zoiets dat water op zeeniveau bij 100 graden kookt.
Voor afstanden tussen sterrenstelsels op relatief nabije afstanden speelt de schaalfactor door de expansie van het heelal geen rol en zijn alle genoemde afstanden ongeveer hetzelfde. Binnen de Lokale Groep van sterrnstelsels, waar de Melkweg toe behoort, is de expansie van het heelal niet merkbaar en meetbaar. Daarbuiten wel, dus bij de metingen aan Laniakea moet rekening worden gehouden met lokale gravitationele invloeden, welke stromingen van stelsels naar een bepaalde richting veroorzaken, én met de expansie van het heelal.
Bron: Wikipedia + Wikipedia.
Astroblogs: http://www.astroblogs.nl/2014/09/06/afstanden-meten-het-heelal/