Hoe is het kosmische afstandsrecord in de loop van de tijd geëvolueerd?

By | February 12, 2024

De nachtelijke hemel biedt ongekende astronomische rijkdom.

Achter de koepel van een reeks telescopen van het European Southern Observatory torent de Melkweg hoog uit aan de zuidelijke hemel, geflankeerd door de Grote en Kleine Magelhaense Wolken (rechts). Hoewel er enkele duizenden sterren en het vlak van de Melkweg zijn, allemaal zichtbaar voor het menselijk oog, liggen de meest verre objecten die we kunnen zien allemaal ver buiten ons eigen sterrenstelsel.

Fotocredit: ESO/Z. Bardon (www.bardon.cz)/ProjectSoft (www.projectsoft.cz)

De dichtstbijzijnde is onze maan, waarvan de afstand geschat werd op meer dan 2000 jaar geleden.

Afstand van de aarde tot de maan op schaal

Dit diagram toont de aarde en de maan en de afstand daartussen op schaal. Twee waarnemers die zich tegelijkertijd aan weerszijden van de aarde bevinden, de een kijkt naar de opkomst van de maan en de ander naar de zonsondergang, zouden ontdekken dat de schijnbare positie van de maan ongeveer 1,9 graden ten opzichte van elkaar is verschoven. Hieruit kunnen we de afstand tussen de aarde en de maan bepalen.

Afbeelding tegoed: NASA/JPL-Caltech

De maan en planeten verduisteren soms sterren, wat aangeeft dat sterren verder weg zijn.

Artistieke impressie van een maan met een ster aan de hemel.

Wanneer een astronomisch object dezelfde gezichtslijn inneemt als een ander, treedt occlusie op omdat het ‘dichtbijzijnde’ object het licht blokkeert dat anders zichtbaar zou zijn vanaf het ‘verder gelegen’ object. De maan verduistert alle andere planeten; De maan en de planeten verduisteren achtergrondsterren en onthullen de relatieve afstanden ertussen.

Fotocredit: Bob King/Stellarium/Sky & Telescope

Het Andromedastelsel werd voor het eerst geregistreerd in 964 na Christus en overtreft elk object in onze Melkweg.

Deze afbeelding uit 1888 van het Andromedastelsel door Isaac Roberts is de eerste astronomische foto die ooit van een ander sterrenstelsel is gemaakt. Het werd vastgelegd zonder fotometrische filters en daarom wordt al het licht van verschillende golflengten opgeteld. Elke ster die deel uitmaakt van de Andromedanevel is sinds 1888 niet significant verplaatst, een opmerkelijke demonstratie van hoe ver andere sterrenstelsels werkelijk verwijderd zijn. Hoewel Andromeda zelfs bij een redelijk donkere hemel een object met het blote oog is, werd het pas in 964 geregistreerd en werd pas in 1923 bewezen dat het extragalactisch was.

Fotocredit: Isaac Roberts

Het duurde echter tot 1923 voordat metingen van intravariabele sterren hun extragalactische aard bewezen.

Een foto van een zwart gat dat na 100 jaar de geheimen van het uitdijende heelal onthult.

Deze afbeelding uit oktober 1923 is misschien wel de beroemdste fotografische plaat aller tijden en toont de grote nevel (nu een sterrenstelsel) in Andromeda, samen met de drie novae die Hubble daarin heeft waargenomen. Toen een vierde ophelderingsgebeurtenis plaatsvond op dezelfde locatie als de eerste, herkende Hubble dat het geen nova was, maar een variabele ster van Cepheid. De “VAR!” Geschreven in rode pen, had Hubble een spectaculair inzicht: dit betekende dat Andromeda een extragalactisch object was dat zich ver buiten de Melkweg bevond.

Fotocredit: Carnegie Observatoria

Tegen die tijd waren er al veel verder weg gelegen objecten waargenomen.

Spiralen, die oorspronkelijk met primitievere telescopen werden vastgelegd als zwakke, wazige objecten zonder waarneembare structuur, zijn sinds het midden van de 18e eeuw duidelijk wijdverspreid aan de nachtelijke hemel waargenomen. Maar de aard ervan was een mysterie, en een democratische poging om het probleem in 1920 op te lossen riep alleen maar meer onbeantwoorde vragen op. Pas in 1923 en de identificatie van individuele sterren in een van hen (Andromeda) begon men hun extragalactische aard te begrijpen.

Fotocredit: ESO/P. Grosbol

Het Triangulumstelsel, vastgelegd in 1654, is ons verste object met het blote oog.

Een afbeelding van een spiraalstelsel in de ruimte.

Het spiraalstelsel Messier 33, afgebeeld door een amateurastronoom met behulp van röntgengegevens met roze overlay van NASA’s Chandra, staat ook bekend als het Triangulumstelsel: een zwak sterrenstelsel zichtbaar aan de zuidelijke hemel. Voor het eerst geregistreerd in 1654, is het het zwakste object dat zichtbaar is voor het normale menselijke oog.

Fotocredit: Optisch: Warren Keller; Röntgenfoto: NASA/CXC/SAO/P. Plucinsky et al.

In 1779 brak het spiraalstelsel Messier 58 dit record.

Een afbeelding van een spiraalstelsel aan de hemel.

Het sterrenstelsel Messier 58, vastgelegd door Charles Messier in 1779, is het verste sterrenstelsel in de Messier-catalogus op een afstand van 62 miljoen lichtjaar. Hoewel de afstand en aard ervan onbekend waren bij Messier (en anderen gedurende meer dan 100 jaar na zijn ontdekking), was het een tijdlang het meest verre object dat door de mensheid werd ontdekt en gezien.

Fotocredit: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/Universiteit van Arizona

In 1785 vond William Herschel de gigantische elliptische NGC 584.

Een afbeelding van een sterrenstelsel aan de nachtelijke hemel.

Het hier getoonde gigantische elliptische sterrenstelsel NGC 584 werd ontdekt en vastgelegd in 1785 en bevindt zich op een afstand van ongeveer 62 miljoen lichtjaar. Hoewel pas in de jaren twintig bekend was dat het een extragalactisch object was, was het kortstondig het meest verre object dat bekend was en werd geregistreerd totdat NGC 1 een paar maanden later werd geïdentificeerd.

Fotocredit: Sloan Digital Sky Survey

In 1786 doorbrak NGC 1 de barrière van 100 en 200 miljoen lichtjaar.

Een groep sterrenstelsels aan de hemel.

Het sterrenstelsel NGC 1 (hierboven) was het eerste object dat werd opgenomen in de catalogus van William Herschel uit 1786, maar werd pas in de jaren 1860 opnieuw opgenomen. Met een afstand van 211 miljoen lichtjaar was dit het verst gelegen object dat we in ongeveer een eeuw hebben gekend en geregistreerd, hoewel het veel zwakkere NGC 2, dat zich eronder bevindt, bijna twee keer zo ver weg is.

Fotocredit: DESI Legacy Surveys / Dustin Lang (Perimeter Instituut)

OJ 287 verscheen voor het eerst op fotografische platen in 1887 en wordt momenteel gemeten op een afstand van 3,5 miljard lichtjaar.

PB 287

Het meest massieve paar zwarte gaten in het bekende universum is OJ 287, waarvan de zwaartekrachtsgolven buiten het bereik van LISA zullen liggen. Een zwaartekrachtsgolfobservatorium met een langere basislijn zou het kunnen zien, en misschien ook een voldoende nauwkeurige pulsar-timingarray. Hoewel OJ 287 voor het eerst in 1887 werd vastgelegd, werden de aard en de afstand ervan pas in de jaren zestig bepaald.

Fotocredit: Ramon Naves/Observatorio Montcabrer

Voordat de afstand bekend was, hadden heldere sterrenstelsels in clusters – zoals Coma, Boottes en Hydra – het record in handen.

Een zwart-witfoto van een verzameling sterren.

Deze opname uit 1975 van de Gemini-cluster van sterrenstelsels omvat het sterrenstelsel LEDA 20221 (MCG+06-16-021), het helderste sterrenstelsel binnen de cluster. Het helderste sterrenstelsel binnen deze cluster werd in 1932 ontdekt en was, op een afstand van meer dan een miljard lichtjaar van ons, het eerste ontdekte object dat deze geroemde drempel overschreed.

Fotocredit: NOIRLab/AURA/NSF; KNPO 4-meter Mayall-telescoop

In de jaren zestig overschreden radiostelsels en quasars deze afstanden.

Quasar 3c 9

Zoals blijkt uit Chandra-röntgengegevens (links) en Very Large Array-radiogegevenscontouren (rechts), brak quasar 3C 9 het kosmische afstandsrecord in 1965 en werd daarmee het eerste object met een roodverschuiving van 2 of meer op een afstand van 16 miljard. van lichtjaren ver weg. Hoewel nog veel meer quasars dit record zouden uitbreiden, duurde het tot 1997 voordat sterrenstelsels het record van de quasars inhaalden.

Fotocredit: AC Fabian, A. Celotti en RM Johnstone, MNRAS, 2003

Galaxies zouden het record pas in 1997 terugwinnen.

Een afbeelding van een cluster van sterrenstelsels.

De hier getoonde cluster CL 1358+62 straalt momenteel naar twee veel verder weg gelegen achtergrondstelsels, zoals blijkt uit hun rode bogen in het witte kader. Deze twee objecten, ontdekt op 31 juli 1997 door Marijn Franx en Garth Illingsworth, braken het toenmalige kosmische afstandsrecord en waren de eerste sterrenstelsels die het kosmische afstandsrecord vasthielden sinds 1960, toen quasars ze voor het eerst overnamen.

Beeldcredits: M. Franx (U. Groningen) en G. Illingworth (UCSC), WFPC2, HST, NASA

In 2009 was de gammaflits GRB 090423 het verst verwijderd.

Superzwaar zwart gat van NASA.

Deze kunstmatig gekleurde afbeelding, gemaakt in infrarood met het GROND-instrument van de 2,2 m MPI/ESO-telescoop op La Silla in Chili, toont de nagloed en roodverschuiving/afstand van de spectaculaire gammaflits GRB 090423 op 23 april 2009. Van 2009 tot 2015 was dit het verste object ooit ontdekt.

Fotocredit: Jochen Greiner/GROND – Optische gammastraaluitbarsting/nabij-infrarooddetector

De Hubble-sterrenstelsels EGSY8p7 en vervolgens GN-z11 waren nog verder weg.

James Webb Hubble

Alleen omdat het verste sterrenstelsel ontdekt door Hubble, GN-z11, in een regio ligt waar het intergalactische medium grotendeels opnieuw is geïoniseerd, kon Hubble het op dit moment aan ons onthullen, waarmee het vorige record van EGSY8p7 werd verbroken. Andere sterrenstelsels die zich op dezelfde afstand bevinden, maar zich niet toevallig op een grotere gezichtslijn bevinden in termen van reionisatie, kunnen alleen worden ontdekt op langere golflengten en door observatoria zoals de JWST. Momenteel is GN-z11 gedegradeerd naar het negende meest afgelegen bekende sterrenstelsel uit 2024: het JWST-tijdperk.

Fotocredits: NASA, ESA, P. Oesch en B. Robertson (Universiteit van Californië, Santa Cruz) en A. Feild (STScI)

Eindelijk, in 2022, overtrof de JADES-GS-z13-0 van JWST ze allemaal.

JADES-recordbreker

Tot de vier verste sterrenstelsels die tot nu toe door JADES zijn geïdentificeerd, behoren er drie die de drempel voor ‘meest verre sterrenstelsels’ overschrijden die eerder door Hubble was vastgesteld. Met niet meer dan een kwart van de totale JADES-gegevens die tot nu toe zijn verzameld, zal dit record de komende maanden en jaren waarschijnlijk opnieuw dalen, misschien zelfs vele malen, maar het onderscheidende kenmerk van de Lyman-breuk is duidelijk zichtbaar. De meest afgelegen, JADES-GS-z13-0, nam het record in december 2022 over van Hubble en heeft het nog steeds in handen. Hoewel ze tot de jongste sterrenstelsels behoren die ooit zijn ontdekt, zijn hun sterrenpopulaties niet ongerept.

Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), Leah Hustak (STScI); Wetenschappelijk krediet: Brant Robertson (UC Santa Cruz), S. Tacchella (Cambridge), E. Curtis-Lake (UOH), S. Carniani (Scuola Normale Superiore), JADES Collaboration

Op een dag zullen klonten neutraal, spin-flipping waterstof elk sterrenstelsel in afstand overtreffen.

21 cm waterstof spinflip

Wanneer zich een neutraal waterstofatoom vormt, wordt het elektron daarin spontaan gedeëxciteerd totdat het zich in de laagste toestand (1s) van het atoom bevindt. Met een waarschijnlijkheid van 50/50 dat de spins van het elektron en het proton op één lijn liggen, zal de helft van deze atomen in staat zijn om in de anti-uitgelijnde toestand te kwantumtunnelen, waarbij ze 21 centimeter (1420 MHz) straling uitzenden. Dit zou ons in staat moeten stellen klonten neutraal waterstof nog verder terug te bestuderen dan het bestaan ​​van de eerste sterren.

Fotocredit: SKA-organisatie

Mostly Mute Monday vertelt een astronomisch verhaal in plaatjes, plaatjes en niet meer dan 200 woorden.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *