Iedereen die ’s nachts naar de sterrenhemel kijkt, stelt zich vroeg of laat dezelfde vraag: wat is het heelal eigenlijk? Is het slechts de som van sterren en planeten die we zien, of is het veel meer dan dat? Het antwoord blijkt rijker en fascinerender dan men op het eerste gezicht zou denken.
Het woord heelal, ook wel universum genoemd, verwijst naar alles wat bestaat: alle ruimte, alle tijd, alle materie, alle energie en de natuurwetten die dit geheel beschrijven. Met andere woorden: als er iets is, dan maakt het deel uit van het heelal. Het gaat dus niet alleen om sterren en planeten, maar ook om donkere materie, donkere energie, straling en zelfs de lege ruimte zelf. Het heelal is daarmee het meest omvattende concept dat we kunnen bedenken. Toch blijft het moeilijk om het te beschrijven, omdat we er zelf middenin zitten. We kunnen het niet van buitenaf bekijken, we kunnen het alleen bestuderen door wat we erin zien.
De schaal van het heelal
Wanneer we over het heelal spreken, gaat het om onvoorstelbaar grote afstanden en aantallen. Onze planeet, de aarde, draait rond een gewone ster, de zon. De zon is één van de circa 200 miljard sterren in ons sterrenstelsel, de Melkweg. De Melkweg zelf is slechts één van de honderden miljarden sterrenstelsels in het waarneembare heelal. Het waarneembare heelal is het deel dat we kunnen zien, begrensd door de maximale afstand waaruit licht ons sinds de oerknal heeft kunnen bereiken. Dat heeft een straal van ongeveer 46 miljard lichtjaar. Verder weg liggende gebieden bestaan waarschijnlijk ook, maar die zijn voor ons onzichtbaar omdat hun licht nog onderweg is.
Het begin: de oerknal
Volgens de huidige kosmologische theorie ontstond het heelal ongeveer 13,8 miljard jaar geleden in een heet en extreem compact beginstadium: de oerknal. Dit was geen explosie in de ruimte, maar een uitbreiding van de ruimte zelf. Vanaf dat moment begon het heelal zich uit te dijen en af te koelen. Binnen de eerste seconden vormden de eerste elementaire deeltjes en na enkele minuten ontstonden lichte kernen, zoals waterstof en helium. Pas 380.000 jaar later werd het heelal transparant en kon licht zich vrij verspreiden: dit is de oorsprong van de kosmische achtergrondstraling. Enkele honderden miljoenen jaren later ontstonden uiteindelijk de eerste sterren en sterrenstelsels. Dit proces van vorming en evolutie loopt nog steeds door: sterren worden geboren in gaswolken en sterven in supernova’s, sterrenstelsels botsen en versmelten, en de kosmos verandert voortdurend.
De bouwstenen van het heelal
Het heelal bestaat uit verschillende componenten:
- Gewone materie
Dit is alles wat we kennen en zien: sterren, planeten, gaswolken, wijzelf. Toch maakt dit slechts 5% uit van het totale heelal. - Donkere materie
Onzichtbare materie die geen licht uitzendt of weerkaatst, maar wel zwaartekracht uitoefent. Zonder donkere materie zouden sterrenstelsels uit elkaar vallen. Het vormt naar schatting 27% van het heelal. - Donkere energie
Een nog mysterieuzere component, verantwoordelijk voor de versnelde uitdijing van het heelal. Het neemt maar liefst 68% van het heelal in beslag. - Straling
Licht, radiogolven, röntgenstraling en de kosmische microgolfachtergrond, reststraling van de oerknal – zijn overal aanwezig.
De structuur van het heelal
Het heelal is geen willekeurige verzameling van sterren. Op grote schaal zien we patronen:
- Sterrenstelsels: eilanden van honderden miljarden sterren.
- Groepen en clusters: sterrenstelsels vormen verzamelingen die door zwaartekracht worden samengehouden.
- Kosmische web: clusters en filamenten van sterrenstelsels vormen een gigantisch netwerk, met daartussen enorme lege ruimten, de zogenaamde kosmische leegtes.
Dit kosmische web is de grootste structuur die we kennen. Het is ontstaan onder invloed van zwaartekracht, geleid door de aanwezigheid van donkere materie.
