Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

‘We leven misschien in een heel leeg stukje heelal’

Het universum dijt uit en de snelheid waarmee dit gebeurt hangt nauw samen met de leeftijd van het heelal. Maar tussen twee recente metingen van de precieze uitdijingssnelheid zit een gat van 10%. Kosmologen uit Leiden en Heidelberg hebben dit gat nu voor de helft gedicht.

Simulatie van een grote leegte in een heelal: een “schets” van de speculatie dat we in een heel leeg stukje heelal wonen. De lichte vlekken zijn plekken waar meerdere sterrenstelsels bij elkaar zitten, donkere plekken zijn leeg. De doorsnede is 500 Mpc = 1,5 miljard lichtjaar.

Dit deden ze door in hun berekeningen te verdisconteren dat de materie in het universum ongelijk verdeeld is. Voor de andere 5% verschil hebben ze hun vermoedens. ‘Maar daarvoor moet de huidige theorie over vorming van sterrenstelsels op zijn kop’. Ze publiceerden hun onderzoek deze maand in het blad Physical Review Letters.

Snelheid uitdijing universum

Astronomen weten dat het universum uitdijt. Ze weten ook dat de snelheid waarmee dat gebeurt gerelateerd is aan de leeftijd van het heelal. De snelheid waarmee het universum uitdijt wordt op twee manieren gemeten. De eerste is direct en lokaal, in een gebied tussen onze aarde en ongeveer een miljard lichtjaar van ons vandaan. Dit is gedaan met bijvoorbeeld de Hubble Space Telescope.

Planck-satelliet

Maar in maart van dit jaar heeft de Planck-satelliet, een satelliet van ESA, de beste foto van het oude heelal gemaakt die de mens kan maken. Uit die foto, die in alle kranten heeft gestaan, kan onder meer worden afgeleid hoe oud het heelal nu eigenlijk is, namelijk: 13,8 miljard jaar. Dat is te zien aan de kosmische achtergrondstraling, een restverschijnsel van de oerknal.

Discrepantie van 10%

Gegeven de leeftijd van het heelal kan met kosmologische modellen worden uitgerekend wat de huidige uitdijingssnelheid moet zijn. Maar tussen deze twee metingen van de uitdijingssnelheid, indirect door de Planck-satelliet en direct door de Hubbletelescoop, zit een discrepantie van ongeveer 10%. Hoe kan dat?

Lokale dichtheid van materie

Het onderzoeksteam uit Leiden en Heidelberg heeft nu aangetoond dat dit probleem kleiner is dan het lijkt. De uitdijingssnelheid kan namelijk op verschillende plekken in het heelal licht variëren, afhankelijk van de lokale dichtheid van de materie: sterren, planeten, maar ook donkere materie. Deze materieverschillen voorspellen dat de lokale uitdijingssnelheid makkelijk 5% anders kan uitkomen dan wat afgeleid kan worden uit de leeftijd van het heelal.

Zwaartekracht is rem op uitdijing

De lokale verschillen worden veroorzaakt doordat de zwaartekracht, waardoor alle materie elkaar aantrekt, als een rem werkt op de snelheid van uitdijing. Plaatsen met minder materie, dus minder zwaartekracht, dijen daardoor iets sneller uit, en plaatsen waar meer materie aanwezig iets langzamer.

Vorming sterrenstelsels

Deze verdeling van materie is niets nieuws en speelt zelfs een cruciale rol cruciaal in de huidige theorie over de vorming van structuur zoals sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels. Maar dat de verdeling zo’n grote invloed heeft dat hij voor een belangrijk deel het verschil verklaart tussen de lokaal gemeten snelheid en de te verwachten snelheid, daar werd tot nu toe aan voorbijgegaan.

‘Theorie structuurvorming moet misschien op de schop’

Wessel Valkenburg, de Leidse onderzoeker: ‘Toch kan het effect van deze verschillen in hoeveelheid materie niet de volledige afwijking verklaren. Een open vraag blijft waar de overige 5% verschil in snelheid vandaan komt. Eén spannende optie is dat materie met nog veel grotere verschillen verdeeld is dan we denken, en dat de theorie van structuurvorming, dus vorming van sterren en sterrenstelsels, op de schop moet. In dat geval is het waargenomen snelheidsverschil een hint dat wij wellicht wel in een bijzonder leeg stukje heelal wonen!’

Links