Lichtjaar

[Maral Mende]

Omprecies te zijn is een lichtjaar gedefinieerd als de afstand die een foton zou afleggen in vrije ruimte, oneindig ver weg van elk zwaartekrachtsveld en magnetisch veld in n juliaans jaar (365,25 dagen van elk 86 400 seconden).Doordat de lichtsnelheid in vacum per definitie exact gelijk is aan 299 792 458 meter per seconde is een lichtjaar exact gelijk aan 9 460 730 472 580 800 meter,[1] dus afgerond 9461 biljoen meter ofwel 9,46 biljoen kilometer. Een lichtjaar is afgerond gelijk aan 63 241 astronomische eenheden (AE).

Het lichtjaar wordt gebruikt om de afstand tot sterren, sterrenstelsels en andere objecten in het heelal aan te duiden. In de astronomie wordt voor zulke afstanden echter vaker de parsec gebruikt, die gedefinieerd is als de afstand waarop een object een parallax van n boogseconde genereert als het geobserveerde object zich n astronomische eenheid zou verplaatsen loodrecht op de zichtlijn van de waarnemer. Een parsec is ongeveer gelijk aan 3,26 lichtjaar. De voorkeur wordt gegeven aan de parsec omdat deze gemakkelijker kan worden afgeleid uit en vergeleken met gegevens uit observaties. Bij het algemene publiek buiten wetenschappelijke kringen wordt de eenheid lichtjaar echter vaker gebruikt.

Eenheden gerelateerd aan het lichtjaar zijn het lichtuur, de lichtminuut en lichtseconde, de afstand die het licht aflegt in vacum in respectievelijk een uur, een minuut en een seconde. Een lichtminuut is gelijk aan 17 987 547 480 meter, ofwel circa 18 miljard meter, dus 18 miljoen kilometer. Een lichtseconde is per definitie 299 792 458 m; dit volgt uit de definitie van de meter.

Langer antwoord:

Licht heeft een snelheid van vrijwel exact 300.000 kilometer per seconde. De afstand die een lichtstraal in n seconde aflegt (300.000 kilometer) wordt wel een lichtseconde genoemd. Op soortgelijke wijze is een lichtjaar gedefinieerd als de afstand die licht in n jaar tijd aflegt.

De ster die (agezien van de zon) het dichtst bij de aarde staat, bevindt zich op een afstand van 4,2 lichtjaar. Het centrum van het Melkwegstelsel ligt op ca. 26.000 lichtjaar afstand. Naar het Andromedatselsel is het ongeveer 2,5 miljoen lichtjaar, en de verste sterrenstelsels die nog met grote telescopen zichtbaar zijn, liggen op afstanden van meer dan 12 miljard lichtjaar.

Overigens maken sterrenkundigen ook vaak gebruik van de afstandsmaat parsec. Dat is de afstand vanwaar de straal van de aardbaan gezien wordt onder een schijnbare hoek van n boogseconde. En parsec is ongeveer gelijk aan 3,26 lichtjaar; een megaparsec (n miljoen parsec) is gelijk aan 3,26 miljoen lichtjaar.

Het woord lichtjaar geeft de afstand aan die het licht aflegt op n jaar tijd. En lichtjaar bedraagt 9,46 biljoen kilometer. Eenheden gerelateerd aan het lichtjaar zijn het lichtuur, de lichtminuut en de lichtseconde.

Het is vermoedelijk de meest gestelde vraag aan de redactie van New Scientist: hoe kunnen we sterren en sterrenstelsels zien die tientallen miljarden lichtjaren bij ons vandaan staan? Vanwege de lichtsnelheid kan sterlicht sinds de oerknal immers pas 13,8 miljard lichtjaar hebben afgelegd. De verklaring schuilt in de uitdijing van het heelal.

Daarnaast vonden astronomen onlangs restanten van de allereerste sterren in het heelal. Die bevinden zich op bijna 25 miljard lichtjaar afstand. En vorig jaar werd op meer dan 27 miljard lichtjaar afstand de verste individuele ster ooit aangetroffen.

Hoe verder je het heelal in kijkt, hoe verder je terugkijkt in de tijd. Zo staat Proxima Centauri, na de zon de dichtstbijzijnde ster, 4,2 lichtjaar bij ons vandaan. Een lichtjaar is de afstand die licht in een jaar aflegt. Het sterlicht van Proxima Centauri heeft dus 4,2 jaar nodig om de aarde te bereiken. Deze ster zie je daarom zoals hij er ruim vier jaar geleden uitzag.

De verklaring schuilt in de uitdijing van het heelal. Al sinds de oerknal is het heelal razendsnel aan het groeien. Daardoor schuift alles uit elkaar. Sterrenstelsels die nu op 30 miljard lichtjaar van de aarde staan, stonden vroeger veel dichterbij. Daarom hoefde het licht van die stelsels geen 30 miljard lichtjaar te overbruggen om hier te komen.

Stel dat een mier (die zeer goed tegen ovenwarmte kan) van de ene naar de andere krent kruipt. Wanneer hij vertrekt, liggen de krenten 1 centimeter uit elkaar. Doordat het rijzende brood ondertussen de krenten uit elkaar duwt, moet de mier 2 centimeter reizen om bij de andere krent te komen. Zodra hij daar aankomt, liggen de krenten 3 centimeter uit elkaar.

De mier is dan afkomstig van een krent van 3 centimeter verderop, maar heeft slechts 2 centimeter afgelegd. Net zo staan de verste sterrenstelsels die we zien op meer dan 30 miljard lichtjaar afstand, maar heeft het licht van die stelsels op weg naar de aarde slechts 13,5 miljard lichtjaar overbrugd.

Als we zeggen dat een object 30 miljard lichtjaar bij ons vandaan staat, betekent dat dus het volgende: als het heelal opeens zou stoppen met uitdijen, zou een lichtstraal die nu vertrekt er 30 miljard jaar over doen om van het object bij ons te komen.

Ik neem aan dat er gesproken wordt over de uitdijing van het materile heelal?

Blijkbaar is er genoeg lege ruimte om die uitdijing mogelijk te maken.

M.a.w. het universum is oneindig en heeft geen grens.

Dat het universum onbegrensd is, klopt. Dat het universum oneindig is, klopt vermoedelijk ook (vooralsnog alleen niet te bewijzen). Maar het is niet zo dat er een lege ruimte is waarbinnen het heelal uitdijt. De ruimte zlf dijt uit.

Die 46,5 slaat op het voor ons waarneembare heelal. Dat is een bol met de plaats van de waarnemer (de aarde dus) in het middelpunt.

Daarbuiten loopt het heelal gewoon door, maar het licht van de objecten daar heeft nog niet genoeg tijd gehad om ons te bereiken of de ruimte tussen het object en ons breidt sneller uit dan de lichtsnelheid en zal ons dus nooit bereiken.

Dat maximum gaat puur over het waarneembare heelal, dus dat deel dat we kunnen waarnemen. Sinds de oerknal heeft licht hooguit 13,8 miljard lichtjaar kunnen afleggen. Dankzij de uitdijing kunnen we weliswaar verder dan 13,8 miljard lichtjaar kijken, maar niet oneindig ver. Sommige stelsels staan zo ver weg dat het licht de afstand naar ons nog niet heeft overbrugd.

In de krentenbroodtheorie van hierboven: stel dat de mier er twee minuten over doet om van de ene naar de andere krent te bewegen. Als het brood pas n minuut in de oven zit, kan hij die afstand simpelweg nog niet hebben overbrugd.

Een lichtjaar is de afstand die licht aflegt in n jaar, wat ongeveer gelijk is aan 9,46 biljoen kilometer. Wanneer we zeggen dat we het licht van een ster op 30 miljard lichtjaren afstand zien, betekent dit dat het licht 30 miljard jaar heeft gereisd voordat het ons bereikt.

Het idee dat het licht van een waargenomen object niet ouder kan zijn dan 13,8 miljard jaar, heeft te maken met de leeftijd van het universum zoals geschat door de kosmologische modellen. Deze schatting is gebaseerd op metingen van de kosmische achtergrondstraling, de oudste lichtstraling die we kunnen waarnemen en die teruggaat tot ongeveer 13,8 miljard jaar na de oerknal. Dit wordt vaak aangeduid als de leeftijd van het waarneembare universum.

Het is echter belangrijk om te begrijpen dat het universum in de afgelopen 13,8 miljard jaar is blijven uitdijen. De sterren en sterrenstelsels die we nu waarnemen, bevinden zich op veel grotere afstanden dan het licht dat we van hen ontvangen. Door de uitdijing van het universum kunnen deze objecten zich nu op een veel grotere afstand bevinden dan toen het licht dat we nu zien werd uitgezonden.

Dus, hoewel het licht dat we van een ster op 30 miljard lichtjaar afstand zien mogelijk al 30 miljard jaar onderweg is, betekent dit niet dat de ster zich op dit moment nog steeds op die afstand bevindt. Door de uitdijing van het universum kan de afstand tussen ons en de ster in de loop van de tijd aanzienlijk zijn toegenomen.

In de eerste alinea van mijn reactie zijn tekstdelen weggevallen, waardoor er op het eind ervan een tekst staat, die niet klopt.

Bedoeld is dat de verste objecten 300 miljoen jaar na de oerknal al 13,5 miljard jaar bij ons vandaan stonden. En dat snao ik niet. Of wordt ook de lichtsnelheid benvloed door de uitdijing van het heelal? Lichtsnelheid die (in vacum) constant zou moeten zijn?

die verste objecten stonden 300 miljoen jaar na de oerknal veel minder dan 13,5 miljard lichtjaar bij ons vandaan. Ik weet niet hoeveel minder precies, dat is lastig uit te rekenen omdat de uitdijingssnelheid niet constant is, maar steeds sneller gaat. Maar in de krentenbroodanalogie komt het hierop neer:

Als je zegt dat een object nu veertig miljard lichtjaar bij ons vandaan staat, betekent dat het volgende: als het heelal nu opeens zou stoppen met uitdijen, zou een lichtstraal die nu vertrekt er 40 miljard jaar over doen om van het object bij ons te komen.

Zeker, dat is een van de manieren waarop we die uitdijing meten. Door te kijken naar de roodverschuiving van verre sterrenstelsels, weten we hoe snel ze bij ons vandaan bewegen en hoe hard de ruimte dus uitdijt.

De snelheid van de uitdijing op ongeveer 14 miljard lichtjaar is dus ongeveer gelijk aan de lichtsnelheid, is het toeval dat het ontstaan van ons heelal ook op ongeveer 14 miljard lichtjaar is berekend?

Dat viel mij ook op, maar dat is inderdaad toeval. Die grens ligt ergens tussen 13 en 14,5 miljard lichtjaar, afhankelijk van de precieze huidige uitdijingssnelheid van het heelal, die moeilijk te meten is. Hij ligt dus niet per se precies op 13,8 miljard lichtjaar, en had ook op 10 of 20 miljard lichtjaar kunnen liggen.

Dat weten we niet; sommige objecten zullen inmiddels zeker zijn verdwenen, of samengesmolten met andere objecten, of op een andere manier onherkenbaar zijn veranderd. We zien nu eenmaal elk deel van het heelal op slechts n bepaald moment in het (verre) verleden.

En lichtjaar is de afstand die het licht in n jaar aflegt. Je wilt zeker ook wel weten hoeveel kilometer een lichtjaar is. Wel, het licht heeft een snelheid van 300.000 km/sec. In n seconde legt het licht dus 300.000 kilometer af. In n minuut dus 60 x 300.000 = 18 miljoen kilometer. In n uur 60 x 18 miljoen = 1080 miljoen kilometer. In n dag 24 x 1080 miljoen kilometer = ongeveer 26.000 miljoen kilometer. Dat is 26 miljard kilometer. Per jaar legt het licht 365 x 26 miljard = 9500 miljard kilometer af. Ofwel 9,5 biljoen kilometer.

3a8082e126