Het kwikt stijgt in het heelal, zo blijkt uit observaties van licht van de afgelopen 10 miljard jaar. Dit bevestigt de theorie die beschrijft hoe materie samenklontert in de kosmos.
2222204 graden Celsius. Zo heet is het gas in het universum gemiddeld – wat tien keer zo heet is als tien miljard jaar geleden. Dit blijkt uit onderzoek dat de temperatuur schat op een nieuwe manier: aan de hand van de kosmische achtergrondstraling.
Gewelddadig
Jim Peebles – natuurkundige en Nobelprijswinnaar – veronderstelde dat het universum steeds heter wordt door de structuurvorming in het heelal. Door de werking van zwaartekracht klonteren donkere materie en gas samen tot sterrenstelsels, clusters van sterrenstelsels en in het kosmisch web.
De inval van het gas in die clusters is zo gewelddadig dat het gas door schokgolven wordt verhit. Terwijl het heelal zich verder ontwikkelt, worden het kosmisch web en de clusters daarin steeds compacter. De temperaturen van het gas daarin lopen daardoor steeds hoger op, tot wel honderden miljoenen graden.
Roodverschuiving
‘We wisten in feite al dat het universum steeds heter werd’, zegt Rien van de Weijgaert, kosmoloog aan de Universiteit van Groningen en niet bij dit onderzoek betrokken. Maar nu zijn Yi-Kuan Chiang, natuurkundige aan de Ohio State University, en zijn collega’s erin geslaagd om dit ook aan te tonen. ‘Dat is een heel ander verhaal. ‘
De onderzoekers creëerden een tijdlijn van de temperatuur in het universum van de afgelopen 10 miljard jaar. Om zo’n tijdlijn te kunnen maken, schatten Chiang en collega’s de temperaturen van gaswolken op verschillende afstanden.
Wanneer we kijken naar gas dat zich ver van ons af bevindt, kijken we in feite terug in de tijd. Het duurt namelijk even voor het licht van dat gas ons bereikt. Om de afstand tot het gas te bepalen, kijken astronomen naar de golflengte van dit licht. Door de uitdijing van het heelal bewegen objecten die verder van ons af staan, sneller van ons af. En hoe sneller iets in het heelal van ons af beweegt, hoe meer de golflengte van het licht van dat object wordt uitgerekt. Dit verschijnsel heet roodverschuiving. Hiermee kunnen astronomen de leeftijd van het licht schatten.
Sunyaev-Zeldovicheffect
‘Om vervolgens de temperatuur van het gas te bepalen, maakten de onderzoekers slim gebruik van kleine verstoringen in de kosmische achtergrondstraling’, zegt Van de Weijgaert.
‘Wanneer de straling door het heelal reist en in hele hete gaswolken terechtkomt, krijgt het een flinke schop – wat een soort afdruk in het licht achterlaat’, legt hij uit. Dit heet het Sunyaev-Zeldovicheffect. Aan de hand van die afdrukken in de straling konden de onderzoekers de temperatuur van het gas achterhalen.
Knap stukje werk
Van de Weijgaert noemt de studie een knap stukje werk. ‘Het Sunyaev-Zeldovicheffect is lastig waar te nemen. De afdruk die het veroorzaakt, is echt heel klein. Maar het mooie is dat dit effect door het hele zichtbare heelal te zien is – als een soort schaduw.’
‘De studie bevestigt de veronderstelling van Peebles’, vervolgt Van de Weijgaert. ‘Dit idee werd al breed geaccepteerd, maar je wil het zeker weten. Als de verwachtingen niet waren bevestigd, zou dit een sleutel vormen voor de zoektocht naar mogelijke afwijkingen van het standaardscenario.’
