Een van de grootste mysteries in de wetenschap, donkere energie, bestaat eigenlijk niet, volgens onderzoekers die het raadsel proberen op te lossen hoe het heelal uitdijt. De afgelopen 100 jaar hebben natuurkundigen over het algemeen aangenomen dat de kosmos in alle richtingen even hard groeit. Ze gebruikten het concept van donkere energie om onbekende fysica te verklaren die ze niet konden begrijpen, maar de omstreden theorie heeft altijd zijn problemen gehad.
Nu daagt een team van natuurkundigen en astronomen van de Universiteit van Canterbury in Christchurch, Nieuw-Zeeland, de status quo uit door verbeterde analyse van lichtkrommen van supernovae te gebruiken om aan te tonen dat het heelal op een gevarieerdere, “lomper” manier uitdijt. Het nieuwe bewijs ondersteunt het “timescape”-model van de kosmische uitdijing, dat donkere energie niet nodig heeft omdat de verschillen in uitdijend licht niet het gevolg zijn van een versnellend heelal, maar van de manier waarop we tijd en afstand kalibreren.
Het houdt er rekening mee dat zwaartekracht de tijd vertraagt, dus een ideale klok in de lege ruimte tikt sneller dan in een sterrenstelsel. Het model suggereert dat een klok in de Melkweg ongeveer 35 procent langzamer zou tikken dan dezelfde klok op een gemiddelde positie in grote kosmische leegtes, wat betekent dat er miljarden jaren meer zouden zijn verstreken in de leegtes. Dit zou op zijn beurt meer uitdijing van de ruimte mogelijk maken, waardoor het lijkt alsof de uitdijing sneller gaat wanneer zulke enorme lege leegtes het heelal gaan domineren. Professor David Wiltshire, die het onderzoek leidde, zei: “Onze bevindingen laten zien dat we geen donkere energie nodig hebben om te verklaren waarom het heelal steeds sneller lijkt uit te dijen.
“Donkere energie is een verkeerde identificatie van variaties in de kinetische energie van de uitdijing, die niet uniform is in een heelal dat zo klonterig is als het heelal waarin wij leven. Hij voegde eraan toe: “Het onderzoek levert overtuigend bewijs dat enkele van de belangrijkste vragen rond de eigenaardigheden van onze uitdijende kosmos kan oplossen.
Foto: NASA
“Met nieuwe gegevens zou het grootste mysterie van het heelal tegen het einde van dit decennium opgelost kunnen zijn.” Donkere energie wordt algemeen beschouwd als een zwakke antizwaartekracht die onafhankelijk van materie werkt en ongeveer tweederde van de massa-energiedichtheid van het heelal uitmaakt. Het standaard Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) model van het heelal vereist donkere energie om de waargenomen versnelling in de snelheid waarmee de kosmos uitdijt te verklaren. Wetenschappers baseren deze conclusie op metingen van de afstanden tot supernova-explosies in verre sterrenstelsels, die verder weg lijken te zijn dan ze zouden moeten zijn als de uitdijing van het heelal niet zou versnellen. De huidige uitdijingssnelheid van het heelal wordt echter steeds meer in twijfel getrokken door nieuwe waarnemingen.
Ten eerste blijkt uit het nagloeien van de oerknal, de zogenaamde Cosmic Microwave Background (CMB), dat de uitdijing van het vroege heelal niet overeenkomt met de huidige uitdijing, een afwijking die bekend staat als de “Hubble-spanning”. Bovendien is uit recente analyse van nieuwe zeer nauwkeurige gegevens door het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) gebleken dat het ΛCDM-model minder goed past dan modellen waarin donkere energie in de tijd “evolueert” in plaats van constant blijft. Zowel de Hubble-spanning als de verrassingen die DESI aan het licht heeft gebracht, zijn moeilijk op te lossen in modellen die gebruikmaken van een vereenvoudigde kosmische uitdijingswet van 100 jaar geleden - de vergelijking van Friedmann.
Deze gaat ervan uit dat het heelal gemiddeld gelijkmatig uitdijt, alsof alle kosmische structuren door een blender kunnen worden gehaald om een karakterloze soep te maken, zonder complicerende structuur. Het huidige heelal bevat echter een complex kosmisch web van clusters van melkwegstelsels in bladen en filamenten die uitgestrekte lege leegtes omringen en met elkaar verbinden. Professor Wiltshire voegde hieraan toe: “We hebben nu zoveel gegevens dat we in de 21e eeuw eindelijk de vraag kunnen beantwoorden - hoe en waarom ontstaat een eenvoudige gemiddelde uitdijingswet uit complexiteit?
“Een eenvoudige uitdijingswet die consistent is met Einsteins algemene relativiteit hoeft niet te gehoorzamen aan Friedmanns vergelijking.” De onderzoekers zeggen dat de Euclid-satelliet van de Europese Ruimtevaartorganisatie, die in juli 2023 is gelanceerd, de kracht heeft om de Friedmann-vergelijking te testen en te onderscheiden van het timescape-alternatief. Hiervoor zijn echter minstens 1000 onafhankelijke supernovae-waarnemingen van hoge kwaliteit nodig. Toen het voorgestelde timescape-model in 2017 voor het laatst werd getest, bleek uit de analyse dat het slechts een iets betere verklaring was voor de kosmische uitdijing dan de ΛCDM. Daarom werkte het team uit Christchurch nauw samen met het Pantheon+-samenwerkingsteam, dat nauwgezet een catalogus van 1.535 verschillende supernovae had samengesteld.
Ze zeggen dat de nieuwe gegevens nu “zeer sterk bewijs” leveren voor timescape. Het kan ook wijzen op een overtuigende oplossing voor de Hubble-spanning en andere anomalieën die verband houden met de uitdijing van het heelal. Verdere waarnemingen van Euclid en de Nancy Grace Roman Space Telescope zijn nodig om het timescape-model te ondersteunen, aldus de onderzoekers. De race is nu begonnen om deze schat aan nieuwe gegevens te gebruiken om de ware aard van de kosmische uitdijing en donkere energie te onthullen.
Bron: University of Canterbury
