In 100.000 jaar tijd is er heel wat expansie gebeurt in het heelal
Laat ik een voorbeeldje geven met een elastiek dat 1 meter lang is. Dat elastiek stelt de expanderende ruimte voor. Op 90 cm zet ik een ballpointstipje van een halve millimeter. Nu rek ik het elastiek op tot 110 cm. Dat is 10 cm expansie van dit simpele heelal. Het stipje bevindt zich na het oprekken op 99 centimeter. Maar het stipje zelf is na het oprekken maar 0,05 mm groter geworden. Dat stipje is in dit voorbeeldje jouw sterrenstelsel.
Maar, als gezegd, in de werkelijkheid van het heelal zet zo'n sterrenstelsel helemaal niet uit.
Vergeet die expansie even. Want die werkt niet in op de structuur van het stelsel, de expansie trekt het gehele stelsel slechts met zich mee.
Sterrenstelsel roteren om hun centrum. En trekken de sterren mee met die rotatie. Dat gaat met verschillende snelheden zodat sterren aan de rand niet even snel gaan als sterren bij het centrum.
Als we nu een foto nemen van het Andromeda stelsel dan zien we hoe dat stelsel er uit zag 2,5 miljoen jaar geleden (de afstand is dus 2,5 miljoen lichtjaar). Nu draait onze zon in 220 miljoen jaar één keer rond het centrum van de Melkweg. Dit zal waarschijnlijk geen overdreven korte of lange tijd zijn en dus ook in het Andromeda stelsel voorkomen.
Dus als het licht van een verder deel van het stelsel komt, en dus later bij ons aankomt is dat b.v. 100.000 jaar omdat dat de diameter van het stelsel is, aangenomen dat wij het stelsel in een sterk perspectief zien.
Maar omdat de rotatie zo langzaam gaat is er geen verschil te zien. (Kijken we recht op de pool van het stelsel dan gaat dit hele verhaal niet op omdat dan alle sterren nauwelijks in afstand verschillen.)
In de tijd dat licht van een 'achterste' ster dus 100.000 jaar later aankomt dan het licht van een 'voorste' ster, hebben de meeste sterren dus pas 0,045% van hun rotatie afgelegd en dus kunnen we de foto als een moment opname zien ondanks de verschillende afstanden van de sterren.
Als het stelsel geen uniforme schijf was maar een roterende halter dan zou de ongelijktijdigheid van voor- en achtergrond wel resulteren in het gezichtsbedrog dat het schijnbare zwaartepunt om het ware zwaartepunt slingert. In het echt zou geen mens dat kunnen waarnemen omdat een mensenleven te kort is voor de rotatie van een sterrenstelsel. Een computersimulatie van de rotatie zou het gezichtsbedrog wel weergeven.
Een ster achteraan een sterrenstelsel, vanaf hier gezien, is 200000 jaar ouder dan de ster in de voorgrond. Die achterste ster moet toch vele malen verder van ons verwijderd zijn tgv van de uitdijing van het heelal? Er zit immers 200000 jaar verschil tussen. In 200000 jaar is er heel wat uitdijing gebeurt. De voorste ster moet dus op een heel andere positie t.o.v. ons staan tgv de uitdijing dan de achterste ster. Toch zien wij een sterrenstelsel als een heel object van ons weggaan. Dat begrijp ik niet.
Je ziet het echt verkeerd. Een sterrenstelsel beweegt in zijn geheel als gevolg van de uitdijing van het heelal. Het is dus niet zo dat een 'voorste' ster sneller beweegt dan een 'achterste' want de uitdijing heeft geen invloed op individuele sterren maar op complete stelsels.
Binnen het gravitatieveld van het complete stelsel beïnvloeden de sterren elkaar en draaien ze rondjes rond het centrum. Dus om de zoveel duizenden jaren is een ooit 'achterste' ster t.o.v. ons een 'voorste' ster geworden. Gezamenlijk bewegen al deze sterren tegelijk door het heelal als gevolg van onderlinge aantrekkingskracht met andere sterrenstelsels. Maar daar bovenop komt dan nog eens de beweging als gevolg van het uitdijen van het heelal.
Die uitdijing heeft dus geen gevolg voor de lokale situatie per ster omdat de gravitatie in het stelsel alles bijeenhoud. De 'kracht' van het uitdijen is feitelijk minimaal t.o.v. plaatselijke zwaartekrachtvelden. Dus het uitdijen heeft overal in het stelsel het zelfde effect en rekt het stelsel zelf dus niet uit.
Wel is het zo dat het licht van een 'achterste' ster er inderdaad langer over doet en moeten we dat soms verrekenen met andere gebeurtenissen. Maar dat gaat alleen op als we het stelsel onder een scherpe hoek zien. Kijken we er haast 'boven op' dan kun je niet meer over voor of achter spreken.
Zie de sterrenstelsels als muntjes die je op een ballon geplakt hebt; als je de ballon opblaast verwijderen de sterrenstelsels zich wel van elkaar maar worden niet groter. De reden dat je de sterrenstelsels als starre lichamen mag beschouwen is dat op deze kleine afstanden (200.000 lichtjaar is in de kosmologie een piepklein stukje) de zwaartekrachtswerking van de materie heel veel sterker is dan de invloed van de expansie.
Maar zelfs als we dat terzijde schuiven, dan nog gaat jouw gedachte:
Er zit immers 200000 jaar verschil tussen. In 200000 jaar is er heel wat uitdijing gebeurt.
niet op. We kunnen even een kladberekening maken:
Het heelal dijt uit met een snelheid van ruwweg 75 km/s per 3,3 miljoen lichtjaar.
Dat is 4,55 km/s per 200.000 lichtjaar (diameter sterrenstelsel)
In de 200.000 jaar dat het licht er over doet om van de achterzijde naar de voorzijde van het stelsel te reizen zou het stelsel dan 28.670 miljard kilometer groter geworden zijn, dat is ongeveer 3 lichtjaar. Dat valt op 200.000 lichtjaar dus nauwelijks te meten.
MartinusVB schreef:
Vergeef me, maar ik begrijp het nog altijd niet.
Een ster achteraan een sterrenstelsel, vanaf hier gezien, is 200000 jaar ouder dan de ster in de voorgrond. Die achterste ster moet toch vele malen verder van ons verwijderd zijn tgv van de uitdijing van het heelal? Er zit immers 200000 jaar verschil tussen. In 200000 jaar is er heel wat uitdijing gebeurt. De voorste ster moet dus op een heel andere positie t.o.v. ons staan tgv de uitdijing dan de achterste ster. Toch zien wij een sterrenstelsel als een heel object van ons weggaan. Dat begrijp ik niet.
Het kan volgens mij ook gewoon "relatief" zijn dus dat wij met dezelfde snelheid in dezelfde richting meebewegen met een aantal stelsels dan zie je het verschil volgens mij niet omdat de lichtafstand hetzelfde blijft. En wat iemand anders zei "rotatie" die achterste sterren stonden 100.000 jaar eerder misschien wel vooraan! het is niet zo dat een sterrenstelsel 'stil staat/stationair is'. En misschien helpt de volgende aanvulling op de bekende analogie dat je het uitzettende universum kunt zien als een ballon waar de sterrenstelsels als stipjes op staan, ik wil daar graag aan toevoegen dat je het ook kunt zien als een uitzettende spons of een ballon gevuld met vla die doordrongen is met stipjes dus niet álleen op de buitenkant. Als de spons of ballon opzwelt vergroot je de ruimte tussen de stelsels, dus de stelsels bewegen niet alleen van elkaar af doordat de ruimte expandeert maar de ruimte tussen de stelsels onderling expandeert ook. Ik hoop dat dit helpt om het op een iets andere manier te zien en dat je uit je impasse komt
Even een opmerking: De ruimte zet uit, maar dat betekend niet dat stelsels altijd van elkaar af bewegen. Zo weten we inmiddels dat het Andromeda stelsel (2,5 miljoen lichtjaar van hier) juist naar ons toe komt en over ± 4 miljard jaar zich vermengt met de Melkweg. En dat komt zoals ik al zei doordat de plaatselijke zwaartekracht veel groter is dan het effect van het uitdijen. Onze denkbeeldige ballon wordt dus wel groter maar dat is geen garantie dat alle stelsel verder van elkaar komen want er zijn ± 100 objecten om ons heen die geen rood, maar een blauwverschuiving vertonen en dus juist dichterbij komen.
Zelfs complete clusters van stelsels zoals de Virgo cluster wat op een afstand staat van een kleine 54 miljoen lichtjaar en waar de 'local group' (waar onze Melkweg ook deel van is) deel van uitmaakt wordt naar schatting 10% vertraagd in zijn beweging als gevolg van de gezamenlijke massa van de Virgo cluster.
Dus de lokale zwaartekracht die juist dingen bij elkaar houd is duidelijk veel sterker dan de uitdijing zelfs over grotere intergalactische afstanden en daarom zien we complete stelsels zich verwijderen dan wel naderen.
@Martinus ... Hopelijk kan ik het je uitleggen zodat je het begrijpt ...
We nemen dat sterrenstelsel met 100.000lj doorsnede... stel even dat het zomaar kan ontstaan 'poef' het is er nu ... alle sterren stralen en beginnen licht uit te zenden, en komt met de snelheid van het licht op ons af ... als we stellen dat we het stelsel vanaf de zijkant zouden kunnen zien, dan duurt het bijvoorbeeld maar 50.000j voordat het licht van de achterste sterren op de plek is van de voorste rij sterren ... en vanaf dat moment hebben we licht van het volledige stelsel op ons afkomen, daarvoor hebben we nog licht met 50.000Lj voorsprong (en steeds minder voorsprong tov het licht van de achterste sterren, vanaf het moment 'poef'), en vanaf dat moment hebben we licht dat alle informatie van het hele stelsel bevat ...
Die bundel komt op ons af, en ondertussen neemt de afstand tussen de melkweg en het hypothetische stelsel toe met de uitdijingssnelheid van het universum. Prima, naast roodverschuiving van het licht, zorgt het er enkel voor dat dat licht wat langer onderweg is, immers de afstand voor dat licht uit neemt ook toe... aangezien er binnen het stelsel verder niets gebeurd met dat licht is het licht van de achterste sterren ook niet meer rood verschoven. Maar zodra het licht de galactische ruimte binnen komt begint die roodverschuiving invloed te hebben, enkel op de reistijd en de roodverschuiving.
Na X jaar (met X de afstand in lichtjaar + een stukje afstand door de expansie) begint het licht onze telescopen te raken... Allereerst komt het licht van de voorste sterren, we zouden wellicht denken dat we vanaf de zijkant tegen het stelsel aankijken, want we zien slechts het licht van de rij van sterren die het dichtste bij ligt. En stel, we zouden hier op Aarde inderdaad wereldvrede hebben en stabiele civilisaties die niet instorten door van alles en nog wat, ook zitten we ver genoeg van de volgende ijstijd af (of weten die te doorstaan), en kunnen daarmee dus de komende 50.000y dat stelsel blijven volgen ... Eerst zouden we constateren dat het stelsel groeit, namelijk, we zien het steeds breder worden, en tegelijkertijd steeds hoger (als er meer licht binnen komt van de rest van het stelsel). Na 50.000y gebeurd er iets bijzonders, namelijk, het stelsel 'groeit' niet meer, en als we alle data nog eens achter elkaar zetten, en begrijpen hoe het licht de informatie van het stelsel naar ons toe bracht, zullen we constateren 'hej' dat stelsel groeide helemaal niet, we keken er gewoon van de zijkant tegenaan, en het stelsel is nog zo jong geweest dat we het al zagen toen het eerste licht dat het uitzond ons kon bereiken en nu zelfs het licht van de achterste sterren ons heeft bereikt zien we pas het hele plaatje.
Nu, naar de werkelijkheid: ... die stelsels bestaan al veel langer (al zou het best op sommige afstanden zo nog waargenomen kunnen worden), en dus zien we 'nu' hier op aarde veelal de stelsels waarop het licht van het gehele stelsel ons bereikt ...
Hiermee zien we op de foto van het stelsel inderdaad sterren op de voorgrond die 'jonger' zijn dan op de achtergrond (of eigenlijk, we zien licht dat 50.000j eerder werd uitgezonden, dan het licht van de achterste sterren) ... en het beeld is inderdaad iets vertekend, want door rotatie van het stelsel zijn de sterren die we 'nu' op de voorgrond zien, de sterren die 'toen de achterste sterren op de achtergrond waren, daar niet stonden... het zijn bv de sterren die zich toen aan de zijkant bevonden ... (hoop dat je dat begrijpt, want het is even 'ter voorbeeld', we hebben nog geen rotatie snelheid vastgesteld, en omdat het licht al zo lang onderweg is, is nu niet meer te zien waar de sterren zich ooit bevonden ... maar, als je de rotatie snelheid weet, en je weet de omloopbanen, hoe je er tegenaan kijkt, hoe groot het stelsel is, kun je in principe 'berekenen' welke sterren waar stonden op het moment dat het licht daadwerkelijk werd uitgezonden...
Het plaatje echter, toont licht dat vanuit dat stelsel komt, en laat sterren zien op locaties, omdat al dat licht bij ons op hetzelfde moment aan komt, kunnen we daaraan niet zien dat de voorste sterren niet de sterren zijn die horen bij de achterste sterren (al zouden ze vastzitten op een wiel)... Het is zelfs theoretisch mogelijk dat je 'dezelfde' sterren ziet, als de rotatie snelheid van het stelsel even snel gaat als de diameter van het stelsel (of zoiets) dan zie je op de foto telkens dezelfde lijn van sterren... ofwel, het licht van achter is 50.000y langer onderweg naar ons, als die sterren in 50.000y een halve rotatie maken, dan zien we op de foto die wij uiteindelijk ontvangen, diezelfde sterren op de voorgrond die in het plaatje dan OOK op de achtergrond staan...
De expansie van het universum zorgt er in deze enkel voor dat het licht langer onderweg is, dan de afstand die het moest afleggen toen het vertrok, omdat de afstand voor de lichtbundel uit groter is geworden. Ook treedt er roodverschuiving op, en die zou bij mijn weten 2 ledig moeten zijn... allereerst door het doppler effect tijdens het uitzenden. Maar tijdens de reis hiernaartoe neemt de ruimte waar het licht zich zelf bevindt ook toe in afstand, hoe groter de afstand hoe meer dat kleine beetje expansie zorgt voor verdere roodverschuiving van het lichtsignaal. Meer niet ...
_____________________________________
Hoop dat het zo een beetje duidelijk is hoe de 'foto' die wij zien van een stelsel ver weg in relatie staat tot hoe dat stelsel daar is en zich gedraagt ...
Al moet ik daar dan nog wel weer iets aan toevoegen, maar dat gebeurd aan onze kant... de foto's zijn een beetje 'blur' en worden dus alvorens jij ze crisp in een magazine of op het internet ziet eerst nog bewerkt. Dat is best interessant, via astroblogs amateur fotografie begrepen dat er vele foto's worden samengevoegd, en middels computers worden vergeleken, om zo duidelijke structuren en details te vinden, en te bepalen wat daadwerkelijk 'een' ster is. Maar goed, dit laatste enkel voor de volledigheid. Je vraag heb ik hopelijk uitgelegd op een wijze dat je het licht kan volgen, met wat verschillende situaties eromheen die de situatie hopelijk verduidelijken...
Na wat bewerkingen staan er nog steeds wat foutjes in, en vindt ik het zelf niet overal even duidelijk, toch hoop ik dat het voor Martinus wel duidelijk genoeg is om zijn vragen omtrent dit soort zaken te beantwoorden ofwel te verduidelijken.
Als je de oorspronkelijke vraag nog eens leest verbaasd het Martinus waarom ondanks het tijdverschil tussen een 'voorste' ster en een 'achterste' deze sterren nog steeds tot het stelsel behoren en niet uiteen getrokken zijn door de uitdijing van het heelal. Dus het gaat niet om het 'moment' waarop het licht van uiteindelijk alle sterren ons bereikte en het stelsel niet meer 'groeide', maar dat al die sterren nog steeds deel van het stelsel uitmaken en waarom ze in die tussentijd niet 'uitgerekt' zijn door de uitdijing van het heelal.
En verschillende mensen hebben al duidelijk gemaakt (waaronder ik) dat dit simpelweg komt omdat de lokale zwaartekracht het stelsel bijeenhoudt als knopen in een stuk elastiek dat je uitrekt.
Hmm, dat is niet de hele vraag die ik er uit afleidde, en gezien de lange discussie is het ook niet het antwoord waarmee de twijfels in zijn gedachten construct beantwoord worden, of iig. daar lijkt het op ... en alhoewel ik het helemaal eens ben met de uitleg zoals jullie die aandragen voor het probleem van uitdijing en lokale zwaartekracht, is het visuele aspect (ofwel hoe hij het zich in zijn hoofd voorstelt) blijkbaar ook van belang ... ipv. nogmaals te herhalen dat uitdijing van het universum vooralsnog enkel plaats vindt in de ínter-galactische ruimte (ofwel tussen sterren stelsels) omdat de zwaartekracht van het geheel en aanwezige zwarte gaten die uitdijing in het sterrenstelsel verhinderd (alhoewel ook vermeld). Leek het me ook handig om uit te leggen wat er precies wordt gezien, en hoe dat komt, zodat hij zich van het geheel een beter plaatje kan vormen in zijn hersenen, waarmee hopelijk de antwoorden duidelijker worden en hij het een en ander kan in ruimtelijk inzicht kan plaatsen.
het is niet zo dat een sterrenstelsel 'stil staat/stationair is'. En misschien helpt de volgende aanvulling op de bekende analogie dat je het uitzettende universum kunt zien als een ballon waar de sterrenstelsels als stipjes op staan, ik wil daar graag aan toevoegen dat je het ook kunt zien als een uitzettende spons of een ballon gevuld met vla die doordrongen is met stipjes dus niet álleen op de buitenkant. Als de spons of ballon opzwelt vergroot je de ruimte tussen de stelsels, dus de stelsels bewegen niet alleen van elkaar af doordat de ruimte expandeert maar de ruimte tussen de stelsels onderling expandeert ook. Ik hoop dat dit helpt om het op een iets andere manier te zien en dat je uit je impasse komt 