Wetenschappers hebben een nieuwe techniek gebruikt om de aard van donkere energie zo'n 10 miljard jaar geleden te onderzoeken.
Ze hopen dat het hen dichter bij een verklaring zal brengen voor de vreemde kracht die het heelal in steeds sneller tempo uit elkaar lijkt te drijven.
De methode maakt gebruik van heldere maar verre objecten, bekend als quasars, om de verspreiding van waterstofgaswolken in de ruimte in kaart te brengen.
De 3D-verdeling van deze wolken kan worden gebruikt als tracer voor de invloed van donkere energie door de tijd.
Een wetenschappelijk artikel waarin de aanpak wordt beschreven, is ingediend bij het tijdschrift Astronomy & Astrophysics en op de preprint-site arXiv.org geplaatst.
Het is geschreven door het BOSS-team (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), dat de 2.5 meter lange Sloan Foundation Telescope in New Mexico, VS, gebruikt om zijn observaties van de hemel te maken.
De nieuwe gegevens van de internationale groep zouden zeer goed aansluiten bij de theorie, en de ideeën bevestigen dat donkere energie geen dominante rol speelde in het ontluikende heelal. Destijds had de zwaartekracht feitelijk de overhand, waardoor de kosmische uitdijing werd vertraagd. Pas later kwam donkere energie op de voorgrond.
“We weten heel weinig over donkere energie, maar een van onze ideeën is dat het een eigenschap van de ruimte zelf is – als je meer ruimte hebt, heb je meer energie”, legt Dr. Matthew Pieri, een teamlid van BOSS, uit.
“Duistere energie is dus iets dat met de tijd toeneemt. Naarmate het heelal uitdijt, geeft het ons meer ruimte en dus meer energie, en op een gegeven moment neemt donkere energie het over van de zwaartekracht om de vertraging te beëindigen en een versnelling te bewerkstelligen”, vertelde de onderzoeker van de Portsmouth University, VK, aan BBC News.
De ontdekking dat alles in de kosmos nu steeds sneller uit elkaar beweegt, was een van de belangrijkste doorbraken van de 20e eeuw. Maar wetenschappers zijn op zoek gegaan naar nieuwe natuurkunde om dit buitengewone fenomeen te kunnen verklaren.
Er worden een aantal technieken ingezet om enig inzicht te verkrijgen. Eén daarvan betreft zogenaamde baryon-akoestische oscillaties.
Deze verwijzen naar de door druk aangedreven golven die door het heelal na de oerknal gingen en die vervolgens bevroren raakten in de verdeling van de materie nadat deze tot een voldoende niveau was afgekoeld.
Tegenwoordig tonen deze oscillaties zich als een “geprefereerde schaal” voor de verspreiding van sterrenstelsels – een lichte overmaat in het aantal van dergelijke objecten met afstanden van 500 miljoen lichtjaar.
Het is een waarneming die kan worden gebruikt als een soort standaardliniaal om de geometrie van de kosmos te meten.
Het BOSS-team gebruikte 48,000 verre quasars om de verspreiding van waterstofgaswolken in het vroege heelal te ‘backlighten’ en in kaart te brengenHet BOSS-team heeft dit al gedaan met behulp van een groot aantal sterrenstelsels die zich zo'n zes miljard lichtjaar van de aarde bevinden. Maar op grotere afstanden – en dus dieper in de kosmische tijd – zijn deze standaardstelsels simpelweg te zwak om met de Sloan-telescoop te kunnen zien.
In plaats daarvan heeft het BOSS-team quasars (quasi-stellaire radiobronnen) gebruikt om de kosmos in kaart te brengen.
Quasars zijn verafgelegen sterrenstelsels waar een enorm centraal zwart gat de emissie van enorme hoeveelheden elektromagnetische straling aanstuurt. Deze zijn zichtbaar voor Sloan.
Mysteries over donkere energie en donkere materie
- De zwaartekracht die over grote afstanden inwerkt, lijkt niet te verklaren wat astronomen zien
- Sterrenstelsels zouden bijvoorbeeld uit elkaar moeten vliegen; er moet een andere massa zijn die ze bij elkaar houdt
- Astrofysici hebben dus ‘donkere materie’ gepostuleerd – onzichtbaar voor ons maar duidelijk werkzaam op galactische schaal
- Op de grootste afstanden versnelt de uitdijing van het heelal
- We hebben dus ook ‘donkere energie’ die de uitdijing aandrijft, in tegenstelling tot de zwaartekracht
- De huidige theorie stelt dat 73% van het heelal uit donkere energie bestaat, 23% uit donkere materie en slechts 4% uit het soort materie dat we goed kennen.
- BBC Universe: Donkere materie
- BBC Universe: Donkere energie
Terwijl het licht van de quasars door de ruimte naar de aarde reist, passeert het wolken van waterstofgas.
Een deel van het licht wordt op een zeer karakteristieke manier geabsorbeerd, en het absorptiepatroon verraadt hoe de dichtheid van het gas varieert met de afstand langs de gezichtslijn tot de telescoop.
Door bijna 50,000 dicht bij elkaar geplaatste quasars te observeren, is het BOSS-team nu in staat een gedetailleerde 3D-kaart te maken van de verspreiding van waterstofgaswolken op een afstand van 11 miljard lichtjaar, en een tijdperk vast te leggen slechts twee miljard jaar na de oerknal zelf.
“Elke gezichtslijn kan honderden wolken hebben, en met 48,000 quasars hebben we dus vele miljoenen van deze wolken”, zegt Portsmouth-collega prof. Bob Nichol.
"Wat we dan doen is hun 3D-posities nemen en kijken hoe ze geclusterd zijn, en we zeggen: 'is er een voorkeursschaal in deze clustering?'" En zie, dat is er, net zoals er een voorkeursschaal voor de clustering van nabijgelegen sterrenstelsels.”
Met de BOSS-kaarten kunnen wetenschappers het tempo van de expansie in verschillende kosmologische tijdperken controleren, waardoor ze kunnen bepalen of de zwaartekracht en donkere energie zich gedragen zoals de theorie voorspelt.
“Wat we feitelijk bevestigen is deze mooie achtbaan-analogie,” zei dr. Pieri. “Vanaf de oerknal vertraagde de uitdijing van het heelal, en toen beklommen we ongeveer zeven miljard jaar geleden de heuvel, en het was alsof iets de voet op het pedaal zette en de versnelling plaatsvond.”
BOSS heeft tot nu toe nog maar een derde van zijn werk achter de rug. Het doel voor de komende jaren is om de locaties van anderhalf miljoen sterrenstelsels en ruim 160,000 quasars in kaart te brengen.
- Vóór het Nobelprijswinnend onderzoek in 1998 werd aangenomen dat de zwaartekracht de uitdijing van het heelal na de oerknal zou vertragen.
- Nu zeggen wetenschappers dat de uitdijing – in plaats van te vertragen – versnelt, waardoor sterrenstelsels steeds sneller uit elkaar worden gedreven
- Het BOSS-team heeft de rol van donkere energie in de expansie van meer dan 10 miljard jaar kosmische geschiedenis getraceerd
(BBC)
