Het mysterie van de uitbreiding van het heelal

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Iets meer dan honderd jaar geleden wist niemand op onze planeet dat het heelal uitdijde. Maar ondanks alle problemen en tegenslagen die de twintigste eeuw de mensheid heeft gebracht, was het deze eeuw die werd gekenmerkt door wetenschappelijke en technologische vooruitgang. In een ongelooflijk korte tijd hebben we meer geleerd over de wereld en het heelal dan ooit tevoren.

Het idee dat ons heelal de afgelopen 13, 8 miljard jaar is uitdijen, werd voor het eerst geopperd door de Belgische natuurkundige Georges Lemaitre in 1927. Twee jaar later kon de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble deze hypothese bevestigen. Hij ontdekte dat elk sterrenstelsel van ons af beweegt en hoe verder het is, hoe sneller het gebeurt. Tegenwoordig zijn er veel manieren waarop wetenschappers kunnen begrijpen hoe snel ons universum in omvang uitdijt. Hier zijn alleen de cijfers die onderzoekers krijgen tijdens het meten, elke keer dat ze anders blijken te zijn. Maar waarom?

Het grootste mysterie van het universum

Zoals we vandaag weten, is er een nauw verband tussen de afstand tot een melkwegstelsel en hoe snel het achteruitgaat. Dus, laten we zeggen, een melkwegstelsel op een afstand van 1 megaparsec van onze planeet (één megaparsec is ongeveer gelijk aan 3,3 miljoen lichtjaar) beweegt weg met een snelheid van 70 kilometer per seconde. En het sterrenstelsel dat iets verder weg staat, op een afstand van twee megaparsecs, beweegt twee keer zo snel (140 km/s).

Het is ook interessant dat er tegenwoordig twee belangrijke benaderingen zijn voor het bepalen van de leeftijd van het heelal, of, wetenschappelijk, de Hubble-constante. Het verschil tussen de twee groepen is dat de ene reeks methoden kijkt naar objecten in het universum die relatief dichtbij zijn, terwijl de andere naar zeer verre objecten kijkt. Welke methode de wetenschappers ook gebruiken, de resultaten zijn elke keer anders. Het blijkt dat we ofwel iets verkeerd doen, of dat er ergens ver weg in het heelal iets absoluut onbekends aan de hand is.

In een recentelijk gepubliceerd onderzoek op de preprint-server van airxiv.org, gebruikten astronomen die nabije sterrenstelsels bestudeerden een slimme methode om de uitdijing van het universum te meten, die fluctuaties in de helderheid van het oppervlak worden genoemd. Het is een mooie naam, maar het bevat een idee dat eigenlijk intuïtief is.

Stel je voor dat je aan de rand van een bos staat, recht voor een boom. Omdat je heel dichtbij bent, zie je maar één boom in je gezichtsveld. Maar als je een klein stapje terug doet, zie je meer bomen. En hoe verder je gaat, hoe meer bomen er voor je ogen verschijnen. Hetzelfde gebeurt met de sterrenstelsels die wetenschappers met telescopen waarnemen, maar dan veel gecompliceerder.

Hoe weet je hoe snel het heelal uitdijt?

Om goede statistieken te krijgen, observeren astronomen sterrenstelsels die vrij dicht bij de aarde staan, ongeveer 300 miljoen lichtjaar of dichterbij. Bij het observeren van sterrenstelsels moet echter rekening worden gehouden met stof, achtergrondstelsels en sterrenhopen die te zien zijn op opnamen die met een telescoop zijn gemaakt.

Het universum is echter sluw. Sinds de jaren negentig hebben astronomen gezien dat zeer verre exploderende sterren altijd verder weg zijn geweest dan eenvoudige metingen zouden aangeven. Dit deed hen geloven dat het universum nu sneller uitdijt dan voorheen, wat op zijn beurt leidde tot de ontdekking van donkere energie - een mysterieuze kracht die de universele expansie versnelt.

Zoals de auteurs van het wetenschappelijke werk schrijven, zien we wanneer we naar zeer verre objecten kijken, ze zoals ze waren in het verleden, toen het universum jonger was. Als de expansiesnelheid van het heelal toen anders was (zeg 12-13,8 miljard jaar geleden) dan nu (minder dan een miljard jaar geleden), kunnen we twee verschillende waarden krijgen voor de Hubble-constante. Of misschien breiden verschillende delen van het universum zich met verschillende snelheden uit?

Maar als de uitdijingssnelheid is veranderd, dan is de leeftijd van ons heelal helemaal niet wat we denken (wetenschappers gebruiken de uitdijingssnelheid van het heelal om de leeftijd te achterhalen). Dit betekent op zijn beurt dat het universum een andere grootte heeft, wat betekent dat de tijd die nodig is voordat iets gebeurt, ook anders zal zijn.

Als je deze redenering volgt, blijkt uiteindelijk dat de fysieke processen die in het vroege heelal plaatsvonden op verschillende tijdstippen plaatsvonden. Het is ook mogelijk dat er andere processen bij betrokken waren die de expansiesnelheid beïnvloeden. Over het algemeen is er een soort rommel. "Hieruit volgt dat we ofwel niet goed genoeg begrijpen hoe het universum zich gedraagt, of dat we het verkeerd meten", schrijven de auteurs van de studienotitie.

In ieder geval is de Hubble-constante een veelbesproken onderwerp in de astronomische gemeenschap. De nieuwe studie heeft echter nog meer vragen toegevoegd, dus de strijd tegen onzekerheid zal lang zijn. Op een dag zal ons begrip van de kosmos natuurlijk veranderen. Maar als dat gebeurt, zullen kosmologen op zoek moeten naar iets anders om over te discussiëren. Wat ze zeker gaan doen.