We hebben ons allemaal wel eens de grote vragen gesteld: “Hoe groot is het heelal?” of “Hoe en wanneer zijn sterrenstelsels ontstaan?” Astronomen nemen deze vragen heel serieus, en gebruiken fantastische instrumenten die de grenzen van de technologie verleggen om te proberen ze te beantwoorden. Professor Nobunari Kashikawa van het departement sterrenkunde van de universiteit van Tokio wordt gedreven door zijn nieuwsgierigheid naar sterrenstelsels. In het bijzonder is hij op zoek gegaan naar het verste sterrenstelsel dat we kunnen waarnemen om uit te vinden hoe en wanneer het is ontstaan.
“Uit eerdere studies blijkt dat het sterrenstelsel GN-z11 het verst van ons verwijderd is, op 13,4 miljard lichtjaar, ofwel 134 miljard kilometer (dat is 134 gevolgd door 30 nullen),” zei Kashikawa. “Maar het meten en verifiëren van zo’n afstand is geen gemakkelijke taak.”
Kashikawa en zijn team hebben de zogeheten roodverschuiving van GN-z11 gemeten; dit verwijst naar de manier waarop licht zich uitstrekt, roder wordt, naarmate het verder reist. Bepaalde chemische signaturen, emissielijnen genoemd, drukken duidelijke patronen in het licht van verre objecten. Door te meten hoe ver deze karakteristieke lijnen zijn uitgerekt, kunnen astronomen afleiden hoe ver het licht moet hebben gereisd, en zo de afstand tot het doelsterrenstelsel bepalen.
“We hebben specifiek gekeken naar ultraviolet licht, omdat dat het gebied van het elektromagnetische spectrum is waarvan we verwachtten dat het de roodverschoven chemische karakteristieken zou vinden,” zei Kashikawa. “De Hubble-ruimtetelescoop heeft de signatuur meerdere malen waargenomen in het spectrum van GN-z11. Maar zelfs de Hubble kan de ultraviolette emissielijnen niet zo goed oplossen als we nodig hadden. Dus wendden we ons tot een meer up-to-date spectrograaf op de grond, een instrument om emissielijnen te meten, genaamd MOSFIRE, die is gemonteerd op de Keck I-telescoop in Hawaï.”
De MOSFIRE legde de emissielijnen van GN-z11 in detail vast, waardoor het team een veel betere schatting kon maken van de afstand dan mogelijk was met eerdere gegevens. Bij het werken met afstanden op deze schaal is het niet verstandig om onze vertrouwde eenheden van kilometers of zelfs veelvouden daarvan te gebruiken; in plaats daarvan gebruiken astronomen een waarde die bekend staat als het roodverschuivingsgetal, aangeduid met z. Kashikawa en zijn team hebben de nauwkeurigheid van de z-waarde van het sterrenstelsel met een factor 100 verbeterd. Als dit door latere waarnemingen kan worden bevestigd, kunnen de astronomen met een gerust hart zeggen dat GN-z11 het verste sterrenstelsel is dat ooit in het heelal is ontdekt.