Het grootste hoofdpijndossier van de kosmologie: uit onderzoek naar supernova’s – ontploffende sterren – blijkt dat de uitdijing van het heelal niet vertraagt, maar versnelt. De oorzaak: donkere energie.

Zoeken naar heel veel iets
Mysterieuze ‘donkere energie’ werkt tegen de zwaartekracht in

Driekwart van het universum bestaat uit ondoorgrondelijke donkere energie. Tim Schrabback van de Leidse Sterrewacht probeert de vreemde eigenschappen ervan te onderzoeken.

DOOR BART BRAUN Dit verhaal begint met de oerknal, de grootste gebeurtenis aller tijden. Het was dan ook het begin van aller tijden, en van de materie in het universum. Bij een knal stelt u zich dingen voor die bij elkaar vandaan vliegen, en dat gebeurt ook: het heelal dijt uit.

Het heelal bevat echter ook materie. Sterren, gaswolken, de mysterieuze donkere materie waarvan sterrenkundigen van alles weten behalve wat het precies is. Materie heeft massa, en massa trekt elkaar aan dankzij de zwaartekracht. Waar de oerknal ervoor zorgt dat alles uit elkaar vliegt, zorgt de zwaartekracht ervoor dat alles juist naar elkaar toe trekt. Sterrenkundigen verwachtten daarom dat het heelal daardoor steeds langzamer zou moeten uitdijen. De grote vraag was alleen hoeveel langzamer.

Totdat eind jaren negentig een tweetal grote studies naar supernova’s – ontploffende sterren – duidelijk maakten dat de uitdijing van het heelal niet vertraagt, maar juist versnelt.

Dat is op het moment het grootste hoofdpijndossier van de kosmologie. Er moet dus iets zijn dat tegen de zwaartekracht inwerkt. Vrij veel daarvan, ook nog. Als we het universum willen begrijpen met Einsteins algemene relativiteitstheorie, moet er drie keer zoveel van dat iets zijn als van alle andere zichtbare en onzichtbare materie samen.

Het iets kreeg de naam ‘donkere energie’, maar het is geen energie zoals we die al kennen.

‘Het is iets volkomen anders’, vertelt dr. Tim Schrabback van de Leidse Sterrewacht. ‘Als je donkere energie in je sommen wil gebruiken, moet het een aantal vreemde eigenschappen hebben, zoals een negatieve druk.’

Hij vervolgt: ‘In de simpelste vorm is donkere energie de energie van een vacuüm. Een ruimte met helemaal niets erin bevat een klein maar aanwezig beetje energie. Naarmate het heelal uitdijt, komt er meer ruimte, en dus meer van die energie.’ Natuurkundigen hebben uitgerekend hoe groot die vacuümenergie moet zijn, en dat maakt het probleem alleen maar erger. Hun uitkomst is 10120 – een tien met 120 nullen - keer groter dan wat hij volgens de sterrenkundigen zou moeten zijn. Er bestaan niet echt woorden om uit te drukken hoe verschrikkelijk veel dat is. Als je een klontje suiker in je thee bestelt, en de bediening komt aan met een suikerklomp ter grootte van de melkweg, zitten ze er nog steeds ‘slechts’ een factor 1045 naast.

Op zo’n moment is het goed om op zoek te gaan naar meer data. Dat heeft Schrabback gedaan. ‘Je kan hieraan niet meten in het lab, want daar is de energie te klein voor. Je moet meten aan het hele universum.’ De Leidse astronoom is eerste auteur van een artikel in Astronomy & Astrophysics, waarin hij samen met een internationaal team van wetenschappers een onderzoek naar zogeheten gravitatielenzen beschrijft.

Als je kijkt naar objecten in de ruimte, bijvoorbeeld een cluster van sterrenstelsels, dan zijn die vaak zo zwaar dat het het licht van de sterrenstelsels die erachter staan een beetje afbuigt, als een lens. Hier op aarde zien die achterliggende sterrenstelsels er daardoor een beetje verwrongen uit. Omdat je weet hoe het gemiddelde sterrenstelsel eruit hoort te zien, kun je reconstrueren door wat voor ‘lens’ het licht is gegaan. Dat geeft dan weer informatie over de massa van het object.

Verder weg kijken in het heelal is terugkijken in de tijd. Het licht doet er lang over om van daar naar hier te komen. Clusters van sterrenstelsels die ver weg staan, zie je dus op een eerder moment dan degene die dichterbij zijn. Schrabback: ‘We kunnen zo dus onderzoeken hoe clusters groeien in de loop der tijd.’

De stelsels die verder weg staan, zijn niet alleen zelf jonger, het heelal waarin ze vormden was dat ook. Het was nog kleiner, er was dus minder ruimte, en dus minder donkere energie. Donkere energie werkt tegen de zwaartekracht in, dus als er minder donkere energie is, is het voor een jong sterrenstelsel makkelijker om materie aan te trekken. Daardoor heeft donkere energie een effect op de snelheid waarmee structuren in het Heelal, zoals clusters van sterrenstelsels, worden gevormd. ‘Het lijkt erop dat de data een voorkeur hebben voor donkere energie’, aldus Schrabback. Met ‘het lijkt erop’, bedoelt hij dat hij het 94% zeker weet. Bèta-wetenschappers vinden dat weinig, in de regel. ‘Als dit de eerste meting was, zou het niet tellen. Maar samen met andere onderzoeken naar supernova’s en de kosmische achtergrondstraling, levert het wel een consistent beeld op. Elk van die methoden heeft zijn eigen systematische problemen. Het is daarom goed om nog een onafhankelijke bevestiging te hebben.’

De data over hoe afstand en lens-effect met elkaar samen hangen, kon vervolgens gebruikt worden om verschillende modellen van hoe het universum werkt te testen. Het ‘standaardmodel’, dat gebruik maakt van Einsteins relativiteitstheorie, kwam er als beste uit. ‘Cosmology is on the right track’, kopte het Britse sterrenkundeblad Astronomy now in hun artikel over Schrabbacks onderzoek. Oftewel: driekwart van het universum bestaat uit een volslagen onverklaarbaar iets, maar in elk geval weten we dat zekerder dan ooit.


Deel op Facebook

Tweet