lê op die grens van die sigbare heelal. Die presiese afstand van die verste kwasar en die feit dat dit ’n rekord is, is nie so belangrik nie. Wat wel van belang is, is dat hoe verder in die ruimte teruggekyk word, hoe meer kan van die beginjare van die heelal vasgestel word. As ’n mens 13 000 miljoen ligjare terugkyk, kyk jy baie ver in die verlede terug – ná aan die Skeppingsoomblik.
Rooiverskuiwing
Die Doppler-formule wat in 1842 deur Christian Doppler geformuleer is, het die pad voorberei vir die ontdekking van die uitdyende heelal. Afgeleë galaksies se lig toon ’n verskuiwing na die rooi gedeelte van die spektrum. Volgens die Doppler-beginsel is dit geïnterpreteer dat die galaksies van ons af wegstorm.
Georges Lemaître (1894-1966), ’n Belgiese priester, en Howard Robertson, ’n Amerikaanse wiskundige, het in die laat twintigerjare die uitrek-rooiverskuiwingseffek ontdek. Dit het duidelik geword dat rooiverskuiwings nie suiwer Doppler-verskynsels is nie.
Lig se golflengte word deur die uitdyende ruimte gerek. As lig deur die ontsaglike ruimtes beweeg en alle afstande word deur die rekkende heelal verdubbel, sal die lig se golflengtes ook verdubbel word. Dit is nie net die golflengtes van sigbare lig wat uitrek nie, want dit gebeur met die golflengtes van alle stralings.
Links Alexander Friedman (1885-1925) en regs Georges Lemaître (1894-1966).
Die simbool “z” dui ’n rooiverskuiwing van enige aard aan. As die heelal se grootte in die tyd tussen die straling en die ontvangs daarvan verdubbel het, sal alle golflengtes, kortes én langes, ook twee keer vergroot het, en z = 1.
Verdriedubbel die heelal se grootte, dan verdriedubbel alle golflengtes, en z = 2. In die uitdyende heelal kan die kosmiese rooiverskuiwing enige waarde van 0 tot in die oneindige hê.
Klein rooiverskuiwings is ’n aanduiding dat lig nie baie lank gereis het nie. Groot rooiverskuiwings dui egter op ’n geweldige lang reis wat afgelê is. Galaksies wat opties waarneembaar is, het rooiverskuiwings van tot 0,5. Die rooiverskuiwings van kwasars het waardes van meer as 3.
Deur middel van laboratoriumtoetse weet wetenskaplikes presies wat die standaard-golflengtes, of spektrumlyne, van verskillende atome in verskillende toestande van opwekking is. Omdat atome oral in die heelal dieselfde is, is die golflengtes wat hulle uitstraal ook soos wat in die laboratoriums gemeet is.
As die spektrumlyne van ’n verre galaksie gemeet word, weet ons dus dat dit baie ver hiervandaan, en baie ver in die verlede toe dit uitgestraal is, ’n ander golflengte gehad het as dié wat nou ontvang word. Toe dit uitgestuur is, het dit dieselfde golflengte gehad as wat in die laboratoriums gemeet is.
Deur die waargenome met die oorspronklike golflengte te vergelyk, kan bereken word hoeveel die heelal uitgedy het sedert die golf van sy bron vertrek het.
Dit is belangrik om te weet dat die vertraging van trillings op alle frekwensies van toepassing is, en nie net op die frekwensies van die ultraviolet-, optiese, infrarooi en radiogolwe nie. Dit geld ook vir die stadige skommeling in die helderheid van byvoorbeeld kwasars.
Die polsperiodes van kwasars waarvan die helderheid oor tydperke van dae of jare wissel, word vertraag soos dit deur die rekkende ruimte beweeg. As vasgestel sou word dat ’n kwasar met ’n rooiverskuiwing van z = 1 ’n helderheidspolsslag van ’n maand het, dan was die oorspronklike helderheidskommeling twee weke!
Tot onlangs nog het dit voorgekom dat hoe verder ons na gebeurtenisse in die ontsaglike ruimte kyk, hoe meer lyk dit of dit al stadiger verloop. Veronderstel ’n verre verskynsel pols elke sekonde. In ’n statiese heelal (wat nie uitdy nie) sou ons die polsslag presies elke sekonde ontvang het.
In ’n uitdyende heelal word die afstand tussen die polse egter sonder ophou groter. As die afstand oorspronklik een ligsekonde was, word die afstand tussen die polse voortdurend gerek soos die ruimte rek waardeur die golf beweeg. Eindelik ontvang ons die polse nie elke sekonde nie, maar elke 1 + z ligsekondes.
Op groot afstande sal dit lyk of horlosies stadig loop. Wat ook al op groot afstande gebeur, dit lyk vir ons of dit stadiger en traer gebeur as wat werklik die geval is. ’n Gebeurtenis wat op ’n rooiverskuiwing van z = 1 in een sekonde gebeur, lyk vir ons of dit in twee sekondes plaasvind.
Op die rand van die sigbare heelal waar die rooiverskuiwings tot in die oneindige toeneem, lyk dit of niks verander nie. Alles lyk of dit in ’n versteende, roerlose toestand is.
Vanselfsprekend sien ons nooit oneindige rooiverskuiwings nie. Die maksimum wat tot dusver waargeneem is, is die alomteenwoordige kosmiese agtergrondstraling van 1 000. As dit ooit moontlik sou wees om deeltjies van die Oerknal te sien, sal hulle ’n rooiverskuiwing van 1 000 miljoen hê.
Teen z = 1 000 sal ’n sekonde vir ons gelykstaan aan 17 minute. Teen z = 10 000 miljoen sal ’n sekonde vir ons driehonderd jaar duur.
Afgekoelde vuurwerk
Sterrekundiges wil weet hoe en wanneer galaksies ontstaan het. In dié verband is kwasars van besondere belang, omdat vermoed word dat hulle die nawe of harte van galaksies is wat baie ver is. Omdat ons hulle sien soos hulle byna 13 000 miljoen jaar gelede gelyk het, sien ons hulle toe hulle nog baie jonk was.
Spektrumopnames van al die galaksies dui daarop dat dit swaar elemente bevat, met ander woorde, die galaktiese materie moet reeds deur meer as een sterregeslag verwerk gewees het. Sterrekundiges bestudeer kwasars met groot belangstelling. Dit kan hulle meer van die babastadiums van galaksies te wete laat kom.
Dit is vreemd dat verby ’n sekere rooiverskuiwing, wat die kwasargrens genoem word, kwasars skielik baie skaars word. Die getalle neem in werklikheid toe tot by ’n rooiverskuiwing van 2,7. Teen ’n rooiverskuiwing van 3 neem dit skielik af. Die Warren-Hewitt-kwasar is een van die weiniges met ’n rooiverskuiwing van meer as 3,5.
Miskien word kwasars nie ver anderkant ’n rooiverskuiwing van 4 gevind nie omdat nóg kwasars nóg galaksies so lank gelede bestaan het. Kan dit wees dat ’n rooiverskuiwing verby 4 die heelal se ouderdom aandui waarop voorwerpe begin het om uit te skif?
Sterrekundiges glo nie die kwasargrens is ’n dramatiese tydstreep in die heelal se geskiedenis nie. Die verdigting van die eerste galaksies en kwasars uit die heelal se gasmaterie was waarskynlik ’n geleidelike proses.
Sterrekundiges verwag om kwasars te ontdek wat nóg verder is, maar dit sal al skaarser word en moeiliker om te vind. Anderkant die afsnypunt van ’n 4,01-rooiverskuiwing is nog nooit iets ontdek nie. In hierdie onbekende, donker dieptes van die heelal is dit net die agtergrondstraling van 3 Kelvin wat die ganse heelal deursypel.
Lank gelede was die heelal baie warm. Sedertdien het dit sonder ophou uitgedy en afgekoel. Soos die nagloed van ’n verwarmer wat pas afgeskakel is, het die heelal se agtergrondstraling lankal soveel afgekoel dat dit nie meer as lig sigbaar is nie.
Die Belgiese kosmoloog Georges Lemaître het gesê die evolusie van die heelal kan met ’n vuurwerkvertoning vergelyk word wat pas verby is. Ons sien enkele gloeiende flarde, as en rook. Ons staan op ’n koel, uitgebrande kooltjie. Ons sien die sonne wat stadig verdof, en ons probeer ons voorstel hoe die verdwene skittering van die oorsprong van die wêrelde gelyk het.
In 1984 is bereken dat die afkoeling sedert die Oerknal tot 3 Kelvin moet gedaal het, net soos dit inderdaad gemeet is. Absolute zero word gewoonlik geskryf as 0 grade volgens die Kelvinskaal, of 0 Kelvin (-273,15 grade Celsius). Nul Kelvin
