Tweet

Miljarden kilometers speling in het meten van de kosmos /1 reactie

Complicatie

Zijn we tot nu toe binnen ons melkwegstelsel gebleven, met de helderste blauwe sterren kunnen we de stap zetten naar andere sterrenstelsels. In die stelsels kunnen we soms afzonderlijke sterren zien. Dat gaat natuurlijk alleen als die sterren uitzonderlijk helder zijn – hete blauwe reuzen. Ook daar zie je weer een complicatie opdoemen: er zit een zekere bandbreedte in de relatie tussen kleur en temperatuur, maar op zo’n grote afstand zie je de hetere sterren beter, en dus moet je eigenlijk je afstandsmaat iets anders ijken. Dat doen sterrenkundigen dus ook.

Lichtspectrum

Het is altijd handig als je meerdere methoden hebt om hetzelfde te meten, dan kun je immers je eigen metingen controleren. Behalve naar kleur kunnen sterrenkundigen ook kijken naar het complete lichtspectrum dat een ster uitzendt.
In dat spectrum zie je lijnen, specifieke lichtfrequenties waar geen licht wordt uitgezonden. Dat licht wordt geabsorbeerd – weggevangen – door stoffen die zich in de atmosfeer van de ster bevinden.

De zon is een zeer gemiddeld geel sterretje van spectraaltype G

Het blijkt dat je aan dat patroon van lijnen in het spectrum de kleur en temperatuur en absolute helderheid kunt aflezen. Met andere woorden, in plaats van de kleur kun je ook het spectrum meten, en voor grotere afstanden is dat handiger dan de kleur. Koele rode sterren hebben ’spectraaltype M’ en superhete blauwe sterren zijn van spectraaltype O. De zon is een zeer gemiddeld geel sterretje van spectraaltype G. De sterrenkunde heeft – zeker tegenwoordig – nog veel meer methoden om afstanden te bepalen, maar in grote lijnen is het historisch gegaan zoals ik hiervoor heb geschetst.

We zijn nu aangeland op sterrenstelsels op grote afstand van het onze. We hebben de afstand tot deze stelsels bepaald in meters, door allerlei verschillende meetmethoden aan elkaar te knopen. Maar hoe gaan we verder?

Orkest

Hier komen we terecht bij Edwin Hubble, die in 1929 ontdekte dat de spectraallijnen in verre sterrenstelsels verschoven zijn ten opzichte van meer nabije stelsels, en wel op een zodanige manier dat de verschuiving evenredig is aan de afstand.
Voor een verklaring van die verschuiving moeten we naar onze landgenoot Buys Ballot. Hij liet met een orkest op een spoorwagon horen dat als het orkest naar je toekomt, de toonhoogte waarin ze lijken te spelen hoger is dan wanneer ze weer van je af bewegen. De geluidsgolven worden eerst ‘ingedrukt’ waardoor ze een hogere toon weergeven, en uitgerekt bij het wegrijden van het orkest.
Hetzelfde gebeurt met sterrenstelsels. Als het licht van het stelsel naar het rood is opgeschoven, betekent dat simpelweg dat het stelsel zich van ons af beweegt.

Constante

Hubble bepaalde de relatie als volgt: als een sterrenstelsel zich op 1 Mpc (een miljoen parsecs) afstand bevindt, dan is de snelheid waarmee het zich van ons af beweegt 500 km/s. Dat getal van 500 wordt de Hubble constante genoemd. Inmiddels is de constante nauwkeuriger bepaald, op tussen de 75 en 80 km/s/Mpc.

Die verschuiving kan ver gaan, zo ver dat blauw licht helemaal naar het rood is verschoven. Je praat dan wel over afstanden die zo groot zijn dat je je moet afvragen of ons begrip van ‘afstand’ dan nog wel zomaar toepasbaar is. Je praat immers over afstanden in de orde van grootte van de afmeting van ons heelal.

Onnauwkeurigheid

Wat we gedaan hebben is de grootte van ons heelal relateren aan mijn lineaal van een meter.
In iedere stap die we hebben gedaan, treedt een onnauwkeurigheid op. Die onnauwkeurigheden moeten we bij elkaar tellen om de uiteindelijke onnauwkeurigheid te bepalen van de relatie tussen mijn lineaal en de constante van Hubble.
Wikipedia citeert twee bronnen: de ene geeft een Hubble constante van 71 km/s/Mpc met een onzekerheid van 4 - dat wil zeggen de constante is ergens tussen de 67 en 75 - en de andere 77 +/- 15%, oftewel tussen de 65 en 90.

30 triljard

In een parsec past mijn lineaal 30 triljard keer. Tussen ons en een sterrenstelsel dat zich met 75 km/s van ons af beweegt, past mijn lineaal 30 quadriljard keer. En dan zit je er maximaal 3 quadriljard meter naast.