Het heelal dijt sneller uit dan tot nu toe werd gedacht. Dit stelt een internationale groep van astronomen op basis van metingen aan vergelegen lichtbronnen. Als hun metingen kloppen, is nieuwe natuurkunde nodig om de snelle uitdijing te verklaren.
De nieuwe metingen kunnen niet verklaard worden door de meest simpele en gangbare modellen van de kosmologie. Ook zijn ze in strijd met eerdere metingen van de Planck Observatory-satelliet.
De onzekerheidsmarge van het resultaat is nog te groot om van een ontdekking te spreken. ‘Maar er is wel iets raars aan de hand’, zegt Sherry Suyu van het Max Planck instituut in Duitsland, die het onderzoek leidde.
Ballon met stippen
Dat het heelal uitdijt, is al sinds de jaren ’30 bekend dankzij metingen van de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble. Hij zag dat verre sterrenstelsels zich sneller van ons af bewegen dan dichtbijgelegen stelsels. De verhouding tussen de snelheid en afstand van sterrenstelsels wordt daarom de Hubbleconstante genoemd.
Dit verschijnsel kon verklaard worden door het heelal te zien als een ballon met stippen. Als je de ballon opblaast, bewegen de stippen zich steeds verder uit elkaar. Op dezelfde manier zorgt de uitdijing van het heelal ervoor dat sterrenstelsels zich bij elkaar vandaan bewegen. De Hubbleconstante is dus een maat voor de uitdijingssnelheid van het heelal.
Quasars
Om deze uitdijingssnelheid exact te bepalen, bestudeerden astronomen van de onderzoeksgroep ‘H0LiCOW’ met de Hubble-ruimtetelescoop en telescopen op aarde het licht van vijf quasars. Dat zijn zeer krachtige, flikkerende lichtbronnen op grote afstand van de aarde.
Het quasarlicht wordt vervormd door de zwaartekracht van sterrenstelsels op de voorgrond. Dit lenseffect kan ervoor zorgen dat lichtbundels uit elkaar getrokken worden, waardoor er van een enkele quasar meerdere afbeeldingen te zien zijn. Elke afbeelding reist via een ander pad van de ‘lens’ naar de aarde. Via het verschil in de tijd die het kost om die verschillende paden af te leggen, bepaaldende H0LiCOW-onderzoekers de uitdijingssnelheid van het heelal.
Donkere energie
‘Het is indrukwekkend dat het de onderzoekers zo goed gelukt is om deze ingewikkelde meettechniek toe te passen’, zegt astrofysicus Massimo Meneghetti van het astronomische observatorium van Bologna, die niet betrokken is bij het onderzoek. ‘Hun resultaten zijn overtuigend.’
De bevindingen van de H0LiCOW-groep spreken de metingen van het Planck Observatory tegen. Deze observatiesatelliet bestudeert de kosmische achtergrondstraling: de vlak na de oerknal uitgezonden straling die nog steeds meetbaar is. Om hieruit een uitdijingssnelheid te halen, gebruikten astronomen het standaardmodel van de kosmologie. Hierin wordt aangenomen dat het heelal plat is en dat de hoeveelheid donkere energie erin constant is. Donkere energie is de onbekende drijfveer achter de uitdijing van het heelal.
Samen sterk
De bevindingen van de H0LiCOW-onderzoekers kwamen wel overeen met eerdere metingen waarbij gekeken werd naar supernova’s en sterren van het type Cepheïden. Hierbij werd ook een snellere uitdijing gemeten dan verwacht, maar de onzekerheid was te groot om de metingen van de Planck Observatory tegen te spreken. Samen staan de twee onafhankelijke metingen sterker.
‘Als het standaardmodel van de kosmologie zou kloppen, dan verwacht je dat de drie metingen met elkaar overeenkomen’, zegt Suyu. Volgens haar kan het verschil in de nieuwe resultaten en de metingen van de Planck-satelliet betekenen dat de hoeveelheid donkere energie niet constant is, maar verandert in de tijd. De kosmische achtergrondstraling is namelijk afkomstig uit het jonge heelal. De Planck Observatory-meting zegt dus iets over de vroege uitdijingssnelheid van het heelal, terwijl de H0LiCOW-groep naar de uitdijing in latere tijden keek.
Het is ook mogelijk dat het heelal niet zo plat is als we denken. Meneghetti denkt er net zo over. ‘Het is natuurlijk mogelijk dat de metingen systematische fouten bevatten, maar het kan ook duiden op nieuwe fysica’, zegt hij. ‘Dit opent de weg naar spannend en nog onbekende scenario’s.’
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: