Zien we de wet van Hubble in werking door onze telescoop, of kijken we hoe verde

[MaartenVerg]

Ik ben gefascineerd door de gedachte dat hoe verder we van ons vandaan kijken door onze telescoop, we verder in het verleden kijken. We zien niet een ster zoals die nu is, maar zoals die was zoveel jaren geleden omdat het licht ons nu pas bereikt.
 
Tegelijk zeggen natuurkundigen dat hoe verder weg je kijkt, hoe meer we de sterrenstelsels van ons weg zien bewegen. Dit is de wet van Hubble.  Men ziet dat door de roodverschuiving van het uitgezonden licht van deze verre sterrenstelsels. Hoe verder weg, hoe sneller het uitgezonden licht van het waargenomen object naar het rode deel van elektromagnetisch spectrum verschuift. 
 
Maar beide ideeën lijken logisch onverenigbaar met elkaar. Ofwel kijk je hoe verder weg, hoe meer in het verleden. En in dat geval zie je sterrenstelsels dichter bij elkaar staan, hoe verder weg je kijkt indien uitdijing plaatsvond. Hoe verder in het verleden, hoe dichter de sterrenstelsels nog bij elkaar stonden.  Ofwel meen je dat hoe verder je een sterrenstelsel van jou vandaan ziet, hoe sneller het zich van je af beweegt in het nu. Hoe verder weg van jou, hoe verder ze uit elkaar staan. Het kan niet beide tegelijk waar zijn, denk ik dan.

[MaartenVerg]

Toevoeging: hoe verklaar je dan dat je enkel het verleden kan zien door je telescoop?
Dat hoe verder je kijkt, hoe meer je sterrenstelsels uit het verleden ziet, en dus hoe dichter we ze juist bij elkaar zouden moeten zien staan, hoe verder van ons vandaan. Omdat het universum meer uitgedijd is vandaag tegenover toen. We zouden eigenlijk juist het omgekeerde van de wet van Hubble moeten zien. Want in het verleden stond alles dichter bij elkaar.

[Bladerunner]

Ik denk dat je vergeet dat je zelf ook deel uitmaakt van de uitdijing. Als wij licht ontvangen van laten we zeggen 1 miljoen jaar terug (dus op een afstand van 1 miljoen lichtjaar) ons Melkwegstelsel zich gedurende die 1 miljoen jaar ook verwijderde. De uitdijing van het heelal en de sterrenstelsels daarin wordt vaak voorgesteld als een groter wordende ballon met daarop stippen. Elke stip is een sterrenstelsel en dat oppervlak van die ballon is dan een 2 dimensionale weergave van het 3 dimensionale heelal. Op één van die stippen zitten wij en kijkend naar elke richting zien we alles van ons verwijderen.
 
Als nu één van die stippen op 1 miljoen lichtjaar staat dan zien we hoe dat er uitzag 1 miljoen jaar geleden op het moment dat het licht bij ons aankomt. Maar op het moment dat dit licht de bron verliet bewoog onze Melkweg mee met de uitdijing. 1 Miljoen jaar later kijken we dus terug in het verleden maar we zijn dan inmiddels wel verder verwijderd van dat andere stelsel. En dit geldt dus ongeacht de stip die wij zijn want zouden we een wezen zijn op 'die andere' stip dan zien we precies het zelfde.

[Michel Uphoff]

en dus hoe dichter we ze juist bij elkaar zouden moeten zien staan

 
Dat is een veel gemaakte misvatting.
 
Stel even wij een zo krachtige telescoop hadden dat we alle sterrenstelsels in het waarneembare heelal zouden kunnen zien, en dat jouw idee klopt. Dat sterrenstelsels tijd nodig hebben om te ontstaan en te groeien veronachtzamen we ook even.
 
Dan zouden wij naarmate we meer licht verzamelen (en dus verder gelegen en steeds jongere stelsels zien) overal aan de hemel een steeds dichter opeen gepakte massa van sterrenstelsels moeten zien, en kijken we nog wat verder in de tijd terug dan zou ieder beeldveld, waar je de telescoop ook op richt, ons het totale heelal laten zien. Maar dan zouden alle beeldvelden tezamen ons heel veel meer sterrenstelsels laten zien dan er in feite zijn.
 
Dat kan niet kloppen.
 
Een andere observatie: Kijk naar bijvoorbeeld twee 'tegenover elkaar' gelegen sterrenstelsels, een aan de oostelijke horizon, en een aan de westelijke-. Die twee staan dus heel ver van elkaar af, zeg eens 13 miljard lichtjaar de ene-, en 13 miljard lichtjaar de tegenovergestelde kant op. Toch moeten deze stelsels in het verre verleden dicht bij elkaar gestaan hebben, en zien we dus twee sterrenstelsels die in een ver verleden vlak bij elkaar stonden op de grootst mogelijke afstand van elkaar.
 
De uitdijing van het heelal draagt er zorg voor dat het licht dat uitgezonden werd door objecten die in een ver verleden zeer dicht bij elkaar stonden nu over de hele hemel verspreid is. En essentieel is dus, dat je in een uitdijend heelal de dichtheid op een bepaald moment in het verleden niet kunt beoordelen aan de hand van het aantal sterrenstelsels in het beeldveld van een telescoop.
 
Even terug naar de ontwikkelingsduur en grootte van de sterrenstelsels; in het verleden waren er wel meer maar kleinere sterrenstelsels dan nu. Grote sterrenstelsels ontstaan veelal door samensmelting van meerdere dwergstelsels.

[MaartenVerg]

Ok. Dank u voor de verheldering.

[MaartenVerg]

Ik had nog een vraag, waar ik maar niet uit geraak: (als ik mag)
 

Het beeld is moeilijk in woorden uit te leggen. Ik probeer:
 
Omdat we in het verleden kijken, zal een ster vooraan van een later moment in de tijd zijn dan de ster die we achteraan eenzelfde sterrenstelsel zien.
Stel dat de diameter van het sterrenstelsel 100.000 lichtjaren is, zit er 100.000 jaar verschil tussen het licht van de voorste ster tegenover het licht dat ons bereikt vanaf de achterste ster. Toch zien we beide sterren tegelijk van ons wegdijen op gelijke wijze, alhoewel ze vanuit een heel ander tijdperk zijn.
 
In 100.000 jaren is het heelal heel  wat meer uitgedijd. Dus zouden we die voorste ster op een heel andere plaats moeten zien dan die achterste ster van dat sterrenstelsel. Want er is veel meer uitdijing geweest op een later moment in de tijd dan 100.000 jaar in de tijd terug.
Maar we zien een heel sterrenstelsel alsof het als geheel van ons verwijderd op hetzelfde moment. Dit terwijl al die sterren uit een ander moment in het verleden stammen.
 
(ik hoop dat je een beetje kan begrijpen wat ik wil zeggen. Ik besef dat ik het moeilijk verwoord).

[Bladerunner]

Sterren binnen één en het zelfde stelsel 'dijen niet uit'. Het stelsel als geheel is onder invloed van getijkrachten van andere stelsels en (in mindere mate) de uitdijing van het heelal. Maar alle sterren binnen het zelfde stelsel draaien rond het centrum van het stelsel en 'voelen' niks van de uitdijing omdat de onderlinge zwaartekracht binnen het stelsel vele malen groter is dan de invloed van de uitdijing op het stelsel als geheel.
Er zit wel een verschil als je spreekt over een ster die zich in de verste rand bevindt t.o.v. een ster in de nabije rand maar zelfs als dit een verschil is van 100.000 jaar dan is dit een fractie van de totale levensduur van een ster (De zon is immers 4,5 miljard jaar oud) en dit gaat dan alleen op als we tegen de rand aankijken i.p.v. 'van boven' waar genoeg voorbeelden van zijn. Wat we dan zien is slechts een ander moment in het leven van twee sterren.
 
Dus een sterrenstelsel beweegt door de uitdijing maar het doet dit als één object (en rekt dus niet uit) terwijl alle individuele sterren tijdens die beweging slechts rondjes draaien rond het centrum en helemaal niets voelen van de uitdijing omdat ze via de zwaartekracht bijeen blijven.
 
Overigens verwijderen niet alle sterrenstelsels zich van ons. Het Andromeda stelsel dat qua afstand in de achtertuin staat is via de zwaartekracht aan ons stelsel gebonden en beweegt naar ons toe om in de verre toekomst zich te vermengen met onze Melkweg.

[Michel Uphoff]

Toch zien we beide sterren tegelijk van ons wegdijen op gelijke wijze, alhoewel ze vanuit een heel ander tijdperk zijn.

 

Dat klopt, maar 'een heel ander tijdperk' is nogal betrekkelijk. 100.000 lichtjaar is in het heelal een korte afstand, ongeveer een miljoenste van de diameter van het waarneembare heelal.

 

Bladerunner lichtte het al toe, sterrenstelsels doen helemaal niet mee aan de uitdijing van het heelal, want alle (o.a. zwaartekracht) gebonden objecten doen er niet aan mee. Alleen op de allergrootste schaal, die van de clusters van sterrenstelsels, wordt de uitdijing merkbaar. Dan heb je het over diameters in de orde van meer dan 10 miljoen lichtjaar. Dan pas is de onderlinge zwaartekracht zo zwak geworden dat de expansie van het heelal deze begint te overwinnen.

 

Maar laten we for agrument's sake eens stellen dat een sterrenstelsel meedoet aan de expansie, en dan jouw gedachte uitwerken:

 

In 100.000 jaren is het heelal heel  wat meer uitgedijd. Dus zouden we die voorste ster op een heel andere plaats moeten zien dan die achterste ster van dat sterrenstelsel.

 

Het heelal expandeert met een snelheid van ongeveer 70 km/seconde per megaparsec. Een megaparsec is ongeveer 3,25 miljoen lichtjaar. Dat sterrenstelsel heeft een diameter van 100.000 lichtjaar, dus als we het bijna helemaal van de zijkant zien ligt de voorste ster 100.000 lichtjaar voor de achterste ster, precies zoals jij stelde. De snelheid waarmee, als het stelsel al uit zou dijen, die voorste en achterste ster zich van elkaar verwijderen zou dan ongeveer 100.000 / 3,25 miljoen, en dat maal 70 km/seconde, dus ongeveer 2 km per seconde zijn. Na een miljard jaar zou die twee sterren dan 63.10¹⁵ km van elkaar weg gereisd zijn. Dat is maar 6.600 lichtjaar, en op de diameter van 100.000 lichtjaar is dat maar weinig. Zelfs al de stelsel groter zouden worden door de uitdijing, dan nog zouden we er weinig van merken.

 

Maar, nogmaals, de sterrenstelsels expanderen niet.