Wat is het waarneembare heelal? Definitie, omvang en afstand

Ontdek wat het waarneembare heelal is: definitie, omvang, afstanden tot de kosmische horizon en waarom we slechts een deel van het universum kunnen zien.

In de Big Bang kosmologie is het waarneembare heelal het gedeelte van het heelal waarvan, in theorie, licht of andere signalen de tijd hebben gehad om vanaf dat object tot een waarnemer op de aarde te reizen sinds het begin van de kosmologische expansie. Omdat licht met een eindige snelheid reist en het heelal uitdijt, vormt het waarneembare heelal een bolvormig volume (een bal) gecentreerd op de waarnemer, ongeacht de werkelijke (mogelijke) globale vorm van het hele heelal. Elke plaats in het universum heeft zijn eigen waarneembare heelal; deze waarnemings‑bollen kunnen elkaar overlappen of juist niet.

Wat "waarneembaar" betekent

Het woord waarneembaar hangt niet af van onze huidige meetapparatuur. Het betekent eenvoudigweg dat het in principe mogelijk is dat straling of andere signalen van een object een waarnemer op aarde bereiken. In de praktijk zijn er echter grenzen aan wat we werkelijk kunnen zien:

• In de allereerste momenten na de Big Bang was het heelal een heet, ionisch plasma dat ondoorzichtig was voor fotonen — licht kon niet vrijelijk reizen. Daardoor kunnen we geen elektromagnetische straling waarnemen van vóór de zogeheten recombinatie (de periode waarin elektronen en protonen samenkwamen en het heelal doorlaatbaar werd voor fotonen).
• Het oudste licht dat we nu direct waarnemen is de kosmische achtergrondstraling (CMB), die afkomstig is van het moment van recombinatie, ongeveer 380.000 jaar na de Big Bang.
• Veel objecten binnen het waarneembare heelal zijn in de praktijk te zwak of te ver roodverschoevend om met huidige instrumenten direct te detecteren.

Zichtbaar vs. waarneembaar

Soms maken astrofysici onderscheid tussen het zichtbarewaarneembarewaarneembaar

Afstanden en omvang

Hoewel de leeftijd van het heelal ongeveer 13,8 miljard jaar is (de beste schattingen van kosmologische metingen liggen rond 13,797–13,8 miljard jaar), is de huidige afstand tot de meest verre plekken die we kunnen waarnemen veel groter dan 13,8 miljard lichtjaar. Dit komt doordat het heelal tussen het moment van uitzenden en het moment van waarnemen is uitgedijd. Belangrijke begrippen daarbij zijn:

• Light‑travel time (de reistijd van het licht): hoe lang een foton heeft gereisd sinds het uitzenden.
• Huidige (eigentijdse) afstand of proper distance: de afstand op dit moment tussen ons en dat object, als je de uitdijing van het heelal meeneemt.
• Comoving afstand: een afstandsmaat waarbij de uitdijing wordt uitgerekend door coördinaten vast te houden die meebewegen met de Hubble‑stroom; dit is handig voor kosmologische vergelijkingen en om de huidige schaal van het heelal te beschrijven.

Meer concreet: de straal van het zichtbare heelal (de rand waarvoor we licht sinds recombinatie kunnen ontvangen) is ongeveer 14,0 miljard parsecs (ongeveer 45,7 miljard lichtjaar). De comoving afstand tot de rand van het waarneembare heelal wordt geschat op ongeveer 14,3 miljard parsecs (ongeveer 46,6 miljard lichtjaar), ongeveer 2% groter. De diameter van het waarneembare heelal is dus ongeveer 28 miljard parsecs (ongeveer 93 miljard lichtjaar), en de rand ligt op iets van 46–47 miljard lichtjaar afstand.

Waarom groter dan 13,8 miljard lichtjaar?

Het is misschien contra‑intuïtief dat we objecten zien waarvan de huidige afstand veel groter is dan de leeftijd van het heelal in lichtjaren. Uitleg in één zin: het licht dat wij nu ontvangen werd lang geleden uitgezonden, toen die objecten veel dichterbij waren; sindsdien heeft de ruimte zich uitgebreid, waardoor die objecten nu veel verder weg staan dan de gereisde lichttijd zou doen vermoeden. Kosmologen berekenen dit met behulp van de schaalfactor a(t) en integralen over de expansiesnelheid van het heelal.

Beperkingen en horizonbegrippen

Belangrijke begrippen die vaak naast het waarneembare heelal genoemd worden:

• Partikelhorizon (particle horizon): de maximale comoving afstand waarvandaan licht tot nu toe naar ons kon reizen — dit komt neer op het traditionele begrip van het waarneembare heelal.
• Evenementhorizon (cosmic event horizon): een toekomstige grens: plaatsen voorbij deze horizon zullen zelfs in de oneindige toekomst nooit signalen naar ons kunnen sturen. Dit is een ander concept dan de partikelhorizon en hangt af van de toekomstige uitdijingsgeschiedenis van het heelal.

Wat ligt buiten het waarneembare heelal?

We weten het niet zeker. Uit theorieën over kosmische inflatie en uit modellen van de kosmologie volgt dat het echte heelal waarschijnlijk veel groter is dan het deel dat wij kunnen waarnemen — mogelijk eindeloos groot. Omdat licht van die streken ons nooit heeft bereikt (en soms nooit zal bereiken), blijven zij in principe onzichtbaar en vormen ze onderwerp van theoretisch en indirect onderzoek.

Kort samengevat: het waarneembare heelal is het bolvormige volume waarvan signalen sinds het begin van de uitdijing de tijd hebben gehad ons te bereiken. Door de uitdijing is de huidige (proper of comoving) afstand tot de rand van dat volume ongeveer 46–47 miljard lichtjaar, terwijl de leeftijd van het heelal ongeveer 13,8 miljard jaar is. Elk waarnemingspunt heeft zijn eigen waarneembare heelal, en wat buiten dat bereik ligt blijft onzichtbaar voor die waarnemer.

Vragen en antwoorden

V: Wat is de Big Bang kosmologie?

V: Wat is een waarneembaar heelal?

V: Hoe ver terug kunnen wij licht zien?

V: Wat is het verschil tussen het zichtbare en het waarneembare heelal?

V: Hoe groot is de straal van het zichtbare heelal?

V: Hoe oud is de geschatte leeftijd van het heelal?

Zoek op letter