Als je ooit van tijdreizen hebt gedroomd, kijk dan gewoon naar de nachtelijke hemel; de glimmers die je ziet zijn echt momentopnames van een ver verleden. Dat komt omdat die sterren, planeten en sterrenstelsels zo ver weg zijn dat het tienduizenden jaren kan duren voordat het licht van zelfs de dichtstbijzijnde sterren de aarde bereikt.
Het universum is ongetwijfeld een grote plaats. Maar hoe groot is het?
'Dat is misschien iets dat we eigenlijk nooit weten', vertelde Sarah Gallagher, een astrofysicus aan de Western University in Ontario, Canada, aan WordsSideKick.com. De grootte van het heelal is een van de fundamentele vragen van astrofysica. Het is misschien ook onmogelijk om te antwoorden. Maar dat weerhoudt wetenschappers er niet van om het te proberen.
Hoe dichter een object in het universum is, hoe gemakkelijker de afstand is om te meten, zei Gallagher. De zon? Fluitje van een cent. De maan? Nog makkelijker. Het enige dat wetenschappers hoeven te doen is een lichtstraal naar boven schijnen en meten hoeveel tijd het kost voordat die straal van het maanoppervlak terugkaatst en weer naar de aarde terugkeert.
Maar de verste objecten in ons sterrenstelsel zijn lastiger, zei Gallagher. Het bereiken ervan zou tenslotte een zeer sterke lichtstraal vergen. En zelfs al hadden we de technologische mogelijkheden om tot nu toe een licht te laten schijnen, wie heeft er duizenden jaren te wachten tot de straal terugkaatst op de verre exoplaneten van het universum en naar ons terugkeert?
Wetenschappers hebben een paar trucjes in petto voor het omgaan met de verste objecten in het universum. Sterren veranderen van kleur naarmate ze ouder worden, en op basis van die kleur kunnen wetenschappers inschatten hoeveel energie en licht die sterren afgeven. Twee sterren met dezelfde energie en helderheid zullen vanaf de aarde niet hetzelfde lijken als een van die sterren veel verder weg is. Hoe verder, van nature ziet het er donkerder uit. Wetenschappers kunnen de werkelijke helderheid van een ster vergelijken met wat we van de aarde zien en dat verschil gebruiken om te berekenen hoe ver de ster verwijderd is, zei Gallagher.
Maar hoe zit het met de absolute rand van het universum? Hoe berekenen wetenschappers afstanden tot objecten die zo ver weg zijn? Dat is waar het echt lastig wordt.
Onthoud: hoe verder een object van de aarde verwijderd is, hoe langer het licht van dat object nodig heeft om ons te bereiken. Stel je voor dat sommige van die objecten zo ver weg zijn dat hun licht miljoenen of zelfs miljarden jaren nodig heeft gehad om ons te bereiken. Stel je nu voor dat het licht van sommige objecten zo lang duurt om die reis te maken dat het in alle miljarden jaren van het universum de aarde nog steeds niet heeft bereikt. Dat is precies het probleem waarmee astronomen worden geconfronteerd, vertelde Will Kinney, een natuurkundige aan de State University of New York in Buffalo, aan WordsSideKick.com.
'We kunnen maar een klein, klein bolletje zien. En wat is daarbuiten? We weten het niet echt,' zei Kinney.
Maar door de grootte van die kleine bubbel te berekenen, kunnen wetenschappers schatten wat erbuiten is.
Wetenschappers weten dat het universum 13,8 miljard jaar oud is, geef of neem een paar honderd miljoen jaar. Dat betekent dat een object waarvan het licht 13,8 miljard jaar nodig heeft gehad om ons te bereiken, het verste object moet zijn dat we kunnen zien. Je zou in de verleiding kunnen komen te denken dat dit ons een eenvoudig antwoord geeft voor de grootte van het heelal: 13,8 miljard lichtjaar. Maar houd er rekening mee dat het universum ook steeds groter wordt in toenemende mate. In de hoeveelheid tijd die het licht heeft gekost om ons te bereiken, is de rand van de bel verplaatst. Gelukkig weten wetenschappers hoe ver het is verplaatst: 46,5 miljard lichtjaar verwijderd, gebaseerd op berekeningen van de expansie van het universum sinds de oerknal.
Sommige wetenschappers hebben dat aantal gebruikt om te proberen te berekenen wat buiten de limiet ligt van wat we kunnen zien. Uitgaande van de aanname dat het heelal een gebogen vorm heeft, kunnen astronomen kijken naar de patronen die we in het waarneembare heelal zien en modellen gebruiken om in te schatten hoeveel verder de rest van het heelal zich uitstrekt. Een studie toonde aan dat het werkelijke universum minstens 250 keer zo groot zou kunnen zijn als de 46,5 miljard lichtjaar die we daadwerkelijk kunnen zien.
Maar Kinney heeft andere ideeën: 'Er is geen bewijs dat het universum eindig is', zei hij, 'het zou heel goed voor altijd kunnen doorgaan.'
Het is niet zeker of het universum eindig of oneindig is, maar wetenschappers zijn het erover eens dat het "echt enorm enorm is", zei Gallagher. Helaas is het kleine deel dat we nu kunnen zien het meest dat we ooit kunnen waarnemen. Omdat het universum steeds sneller uitbreidt, gaan de buitenste randen van ons waarneembare universum sneller naar buiten dan de lichtsnelheid. Dat betekent dat de randen van ons universum sneller van ons af bewegen dan hun licht ons kan bereiken. Langzamerhand verdwijnen deze randen (en alle restaurants daar, zoals de Britse auteur Douglas Adams ooit schreef) uit het zicht.
De grootte van het universum en de enorme hoeveelheid die we niet kunnen zien - dat is vernederend, zei Gallagher. Maar dat weerhoudt haar en andere wetenschappers er niet van om naar antwoorden te zoeken.
'Misschien kunnen we er niet achter komen. Het kan als frustrerend worden beschouwd', zei Gallagher. 'Maar het maakt het ook heel spannend.'
