Afbeelding tegoed: ESA
Pas een paar jaar geleden hebben astronomen de huidige modellen van het heelal door elkaar geschud met de theorie van donkere energie; wat zegt dat de uitdijing van het heelal in feite versnelt. Door te kijken naar verre melkwegclusters - tot 10 miljard lichtjaar verwijderd - ontdekten de ESA-astronomen dat ze meer geconcentreerde materie bevatten dan de theorie van donkere energie zou voorspellen. Als materie zo geconcentreerd was, kan het heelal niet voor 70% uit donkere energie bestaan.
ESA's X-ray observatorium, XMM-Newton, heeft verleidelijke nieuwe gegevens over de aard van het heelal geretourneerd. In een onderzoek naar verre clusters van sterrenstelsels heeft XMM-Newton raadselachtige verschillen gevonden tussen de huidige clusters van sterrenstelsels en die in het heelal ongeveer zevenduizend miljoen jaar geleden. Sommige wetenschappers beweren dat dit kan worden geïnterpreteerd als betekent dat de ‘donkere energie’ waarvan de meeste astronomen nu geloven dat ze het heelal domineert, simpelweg niet bestaat?
Waarnemingen van acht verre clusters van sterrenstelsels, waarvan de verste ongeveer 10 miljard lichtjaar verwijderd is, werden bestudeerd door een internationale groep astronomen onder leiding van David Lumb van ESA's Space Research and Technology Centre (ESTEC) in Nederland. Ze vergeleken deze clusters met die in het nabijgelegen heelal. Deze studie werd uitgevoerd als onderdeel van het grotere XMM-Newton Omega-project, dat onder leiding van Jim Bartlett van het College de France de dichtheid van materie in het heelal onderzoekt.
Clusters van sterrenstelsels zijn wonderbaarlijke stralers van röntgenstralen omdat ze een grote hoeveelheid gas op hoge temperatuur bevatten. Dit gas omringt sterrenstelsels op dezelfde manier als stoom mensen in een sauna omringt. Door de hoeveelheid en energie van röntgenstralen van een cluster te meten, kunnen astronomen zowel de temperatuur van het clustergas als ook de massa van de cluster berekenen.
Theoretisch zouden in een heelal waar de dichtheid van materie hoog is, clusters van sterrenstelsels met de tijd blijven groeien en dus gemiddeld meer massa moeten bevatten dan in het verleden.
De meeste astronomen geloven dat we in een universum met een lage dichtheid leven waarin een mysterieuze substantie die bekend staat als 'donkere energie' 70% van de inhoud van de kosmos uitmaakt en daarom alles doordringt. In dit scenario zouden clusters van sterrenstelsels al vroeg in de geschiedenis van het heelal moeten stoppen met groeien en er praktisch niet van te onderscheiden zijn.
In een paper dat binnenkort wordt gepubliceerd door het Europese tijdschrift Astronomy and Astrophysics, presenteren astronomen van het XMM-Newton Omega Project resultaten die aantonen dat clusters van sterrenstelsels in het verre heelal niet lijken op die van vandaag. Ze lijken meer röntgenstralen te geven dan vandaag. Het is dus duidelijk dat clusters van sterrenstelsels met de tijd van uiterlijk zijn veranderd.
In een begeleidend artikel gebruiken Alain Blanchard van het Laboratoire d’Astrophysique de l'Observatoire Midi-Pyr? N? Es en zijn team de resultaten om te berekenen hoe de overvloed aan sterrenstelselclusters met de tijd verandert. Blanchard zegt: "In het verleden waren er minder clusters van sterrenstelsels."
Een dergelijk resultaat geeft aan dat het heelal een omgeving met hoge dichtheid moet zijn, in duidelijke tegenspraak met het ‘concordantiemodel’, dat een heelal postuleert met tot 70% donkere energie en een zeer lage materiedichtheid. Blanchard weet dat deze conclusie zeer controversieel zal zijn en zegt: "Om deze resultaten te verklaren, moet je veel materie in het universum hebben en dat laat weinig ruimte over voor donkere energie."
Om de nieuwe XMM-Newton-waarnemingen met de concordantiemodellen te verzoenen, zouden astronomen een fundamentele kloof moeten toegeven in hun kennis over het gedrag van de clusters en mogelijk van de sterrenstelsels daarin. Zo zouden sterrenstelsels in de verre clusters meer energie in hun omringende gas moeten injecteren dan nu wordt aangenomen. Dat proces zou dan geleidelijk af moeten nemen naarmate de cluster en de sterrenstelsels daarin ouder worden.
Op welke manier de resultaten ook worden geïnterpreteerd, XMM-Newton heeft astronomen een nieuw inzicht in het heelal gegeven en een nieuw mysterie om over te puzzelen. Wat betreft de mogelijkheid dat de XMM-Newton-resultaten gewoon verkeerd zijn, ze worden bevestigd door andere röntgenobservaties. Als deze hetzelfde antwoord geven, moeten we misschien ons begrip van het universum heroverwegen.
De inhoud van het heelal
Algemeen wordt aangenomen dat de inhoud van het heelal uit drie soorten substantie bestaat: normale materie, donkere materie en donkere energie. Normale materie bestaat uit de atomen waaruit sterren, planeten, mensen en elk ander zichtbaar object in het heelal bestaan. Hoe nederig het ook klinkt, normale materie is vrijwel zeker goed voor een klein deel van het heelal, ergens tussen 1% en 10%.
Hoe meer astronomen het heelal observeerden, hoe meer materie ze moesten vinden om het allemaal uit te leggen. Deze materie kon echter niet uit normale atomen bestaan, anders zouden er meer sterren en sterrenstelsels te zien zijn. In plaats daarvan bedachten ze de term donkere materie voor deze bijzondere stof, juist omdat het aan onze detectie ontsnapt. Tegelijkertijd begonnen natuurkundigen die probeerden het begrip van de krachten van de natuur te bevorderen, te geloven dat nieuwe en exotische materiedeeltjes in het heelal overvloedig aanwezig moeten zijn. Deze zouden bijna nooit interageren met normale materie en velen geloven nu dat deze deeltjes de donkere materie zijn. Op dit moment zijn er, hoewel er veel experimenten gaande zijn om donkere materiedeeltjes op te sporen, niet gelukt. Niettemin geloven astronomen nog steeds dat ergens tussen 30% en 99% van het heelal uit donkere materie kan bestaan.
Donkere energie is de nieuwste toevoeging aan de inhoud van het heelal. Oorspronkelijk introduceerde Albert Einstein het idee van een alomtegenwoordige ‘kosmische energie’ voordat hij wist dat het heelal zich uitbreidt. Het uitdijende heelal had geen ‘kosmologische constante’ nodig, zoals Einstein zijn energie had genoemd. In de jaren negentig suggereerden echter waarnemingen van exploderende sterren in het verre heelal dat het heelal niet alleen uitdijde, maar ook versnelde. De enige manier om dit uit te leggen, was door Einsteins kosmische energie opnieuw in te voeren in een enigszins gewijzigde vorm, donkere energie genoemd. Niemand weet wat de donkere energie zou kunnen zijn.
In het momenteel populaire ‘concordantiemodel’ van het heelal wordt aangenomen dat 70% van de kosmos donkere energie, 25% donkere materie en 5% normale materie is.
Oorspronkelijke bron: ESA News Release
