Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Forse investering voor onderzoek naar de ‘big bang’

Natuurkundige Ana Achúcarro is programmaleider van onderzoeksproject 'Observing the big bang: the quantum universe and its imprint on the sky’, één van de zes projecten waarin Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) in totaal 12 miljoen euro investeert. De Nederlandse natuurkunde blinkt internationaal uit op o.a. het gebied van fundamentele vragen over het universum.

The billion dollar question is: Where did these fluctuations come from?

Ana Achúcarro vertelt over haar onderzoek.

Schommelingen in de dichtheid en temperatuur

De huidige verdeling van materie, onder andere sterrenstelsels, gas en donkere materie, in het heelal is het gevolg van minuscule schommelingen in de dichtheid en temperatuur van het vroege hete heelal. Deze variaties in de kosmische achtergrondstraling zijn door de Planck-satelliet heel precies waargenomen. De bijzondere eigenschappen van deze variaties wijzen erop dat ze hun oorsprong vinden in quantumeffecten, die een fractie van een fractie van een seconde na de oerknal optraden. Het heelal maakte toen een korte periode van versnelde expansie door, kosmologische inflatie genaamd.

Werking van kosmologische inflatie achterhalen

Dit onderzoeksprogramma wil de oorsprong en evolutie van deze quantumeffecten verder bestuderen en begrijpen. Het eerste doel is de precieze werking van kosmologische inflatie te achterhalen. De energiedichtheid tijdens de inflatieperiode is vele malen groter dan wat ooit in de grootste deeltjesversnellers op aarde kan worden bereikt. Dat geeft de unieke mogelijkheid om de hoge-energie-deeltjesfysica te bestuderen, ver voorbij het huidige standaardmodel van elementaire deeltjes.

Quantumfluctuaties van de structuur van het heelal blootleggen

Het tweede doel van dit onderzoek is om het effect van de quantumfluctuaties op de huidige structuur van het heelal bloot te leggen. Hoe zijn de fluctuaties geëvolueerd? Op welke manier hebben ze geleid tot de verdeling van sterrenstelsels en andere structuren zoals die nu in het heelal aanwezig zijn? Deze kennis is van groot belang om de toekomstige observaties van de Euclid-satelliet aan de grote-schaalstructuur van het heelal te kunnen relateren aan de begincondities die gegenereerd zijn door kosmologische inflatie.

Fossiele lagen van het heelal

Programmaleider Ana Achúcarro : ‘De variaties in de achtergrondstraling en de verdeling van de materie in het huidige heelal zijn verschillende tijdsopnamen uit de geschiedenis van het heelal. Het zijn de fossiele lagen van het heelal. Als je weet waar je naar moet kijken, kun je daaruit reconstrueren wat er een fractie van een fractie van een seconde na de oerknal is gebeurd.’

Schematische weergave van de evolutie van het heelal
De figuur laat schematisch de evolutie van het heelal zien, vanaf het ontstaan 13,8 miljard jaar geleden (links) tot het huidige heelal (rechts). Onderzoekers kunnen de variaties in energiedichtheid in het heelal op verschillende manieren waarnemen en analyseren: aan de hand van de kosmische achtergrondstraling, ontstaan ruwweg 400 duizend jaar na de oerknal, maar ook uit de verdeling van sterrenstelsels in het huidige heelal, de zogenaamde grote-schaal structuur. De onderbroken lijnen illustreren waar onze huidige kennis tekortschiet: meest links betreft het precieze mechanisme verantwoordelijk voor inflatie en de quantumfluctuaties; meest rechts waar de kleine fluctuaties zich hebben ontwikkeld tot grote, niet-lineaire, dichtheidsvariaties—- moeilijk te modelleren—- die uiteindelijk verantwoordelijk zijn voor de waargenomen grote-schaal structuur van de verdeling van sterrenstelsels.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Over de Vrije FOM-programma's

De Vrije FOM-programma’s verenigen de beste onderzoeksgroepen op hun terrein in Nederland. In elk onderzoeksprogramma bundelen dé specialisten van de verschillende Nederlandse kennisinstellingen hun krachten. De zes gehonoreerde programma’s zijn de winnaars in een zware competitie die afgelopen voorjaar startte met 22 ingediende aanvragen voor Vrije FOM-programma’s. Het bestuur van FOM heeft de hoogst eindigende aanvragen gehonoreerd.

Links

Website FOM