Wanneer we met een telescoop naar het heelal kijken, zien we licht dat vaak miljoenen of zelfs miljarden jaren onderweg is geweest. Dat licht draagt waardevolle informatie in zich mee over de oorsprong, beweging en afstand van sterrenstelsels. Eén van de belangrijkste fenomenen die astronomen gebruiken om die informatie te ontcijferen, is roodverschuiving. Dit klinkt technisch, maar het idee erachter is verrassend begrijpelijk en vergelijkbaar met alledaagse ervaringen.
Wat is roodverschuiving?
Roodverschuiving treedt op wanneer het licht dat een object uitzendt, verschoven wordt naar langere golflengtes. Licht is elektromagnetische straling en kan worden weergegeven als een spectrum van kleuren: van blauw (kortere golflengtes) tot rood (langere golflengtes). Als een object in het heelal van ons af beweegt, worden de lichtgolven als het ware "uitgerekt". Hierdoor verschuiven de lijnen in het spectrum naar het rode deel. Dit noemen we roodverschuiving. Het tegenovergestelde effect is blauwverschuiving: lichtgolven worden samengedrukt en verschuiven naar het blauwe deel van het spectrum wanneer een object naar ons toe beweegt. Dit principe is vergelijkbaar met de Doppler-effecten die we kennen van geluid. Denk aan een voorbijrijdende ambulance: het loeiende geluid klinkt hoger (kortere golflengte) als de wagen nadert en lager (langere golflengte) als hij zich verwijdert. Voor lichtgolven werkt het op dezelfde manier. Roodverschuiving is veel meer dan een curiositeit. Het vormt de sleutel tot ons begrip van het heelal. Het bevestigt dat het universum uitdijt, het geeft ons een methode om afstanden in het heelal te schatten, het vertelt ons hoe snel sterrenstelsels bewegen en het laat ons terugkijken naar de eerste fasen na de oerknal. Kortom: zonder roodverschuiving zou de kosmologie zoals we die kennen niet bestaan.
Hoe meten astronomen roodverschuiving?
Astronomen gebruiken het spectrum van een ster of sterrenstelsel. Dit is als een vingerafdruk: in het spectrum zitten donkere of lichte lijnen die ontstaan doordat bepaalde elementen (zoals waterstof of helium) licht op specifieke golflengten absorberen of uitzenden. Door die lijnen te vergelijken met de bekende "rustpositie" van die elementen, kunnen astronomen zien of het licht verschoven is. Als de lijnen naar langere golflengtes zijn verschoven, weten ze dat het object zich van ons verwijdert. De mate van die verschuiving wordt aangeduid met de letter z (de roodverschuivingsparameter). Een kleine z betekent een geringe verschuiving, bijvoorbeeld bij nabije sterren. Een grote z duidt op extreem verre objecten, zoals quasars of sterrenstelsels uit de begintijd van het heelal.
Soorten roodverschuiving
Niet alle roodverschuivingen ontstaan door dezelfde oorzaak. Er zijn drie belangrijke soorten:
- Doppler-roodverschuiving
Dit is het directe gevolg van de beweging van een object ten opzichte van ons. Als een ster zich van ons verwijdert, zien we zijn licht verschuiven naar rood. Komt hij dichterbij, dan verschuift het licht naar blauw. - Kosmologische roodverschuiving
Dit is misschien wel de meest fascinerende. Het heelal zelf dijt uit: de ruimte tussen sterrenstelsels wordt groter. Daardoor worden de lichtgolven die door die ruimte reizen ook uitgerekt. Dit is geen beweging door de ruimte, maar een uitrekking van de ruimte zelf. Het is het directe bewijs dat het heelal groter wordt. - Zwaartekracht-roodverschuiving
Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie kan een sterk zwaartekrachtsveld licht vertragen. Licht dat ontsnapt uit de buurt van een zwart gat of een neutronenster verliest energie, wat zich uit in een verschuiving naar rood.
Enkele astronomische voorbeelden van roodverschuiving
- Andromedanevel (blauwverschuiving): Ons nabije buur-sterrenstelsel, de Andromedanevel, beweegt niet van ons af maar juist naar ons toe. Zijn licht vertoont daarom een lichte blauwverschuiving. Over ongeveer 4 miljard jaar zal Andromeda met onze Melkweg botsen.
- Recessie van verre sterrenstelsels: In de jaren 1920 ontdekte Edwin Hubble dat vrijwel alle sterrenstelsels roodverschuiving vertoonden. Bovendien gold: hoe verder weg een stelsel staat, hoe groter de roodverschuiving. Dit verband, bekend als de wet van Hubble, leverde het eerste harde bewijs voor het uitdijende heelal.
- Quasars: Dit zijn extreem heldere objecten die worden aangedreven door superzware zwarte gaten in verre sterrenstelsels. Hun roodverschuiving is vaak enorm groot (z > 6), wat betekent dat hun licht meer dan 12 miljard jaar onderweg is geweest. We kijken dus letterlijk terug naar de jeugd van het universum.
- Kosmische achtergrondstraling: Het oudste licht dat we kunnen waarnemen, uitgezonden ongeveer 380.000 jaar na de oerknal, is inmiddels zó sterk roodverschoven dat we het niet meer als zichtbaar licht maar als microgolven detecteren. Dit is de beroemde kosmische microgolfachtergrond.
vergeleken met die van de zon.
