Je leest:

Twijfel over donkere energie?

Twijfel over donkere energie?

Opnamen van XMM-Newton, het röntgen-observatorium van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, werpen interessante vragen op over de bouw van het heelal. Bestaat donkere energie wel?

XMM-Newton maakte die opnamen tijdens een onderzoek naar verre clusters van sterrenstelsels. De opnamen lijken erop te wijzen dat er opmerkelijke verschillen zijn tussen de sterrenstelsels van nu en die van zeven miljard jaar geleden. Sommige wetenschappers zeggen nu dat de resultaten aangeven dat donkere energie niet bestaat. De meeste astronomen nemen juist aan dat het grootste deel van het heelal uit donkere energie bestaat.

Onder leiding van David Lumb van ESA’s Space Research and Technology Centre (ESTEC) deed een internationaal team van sterrenkundigen waarnemingen aan 8 ver verwijderde clusters van sterrenstelsels. Ze vergeleken deze verafgelegen clusters met nabije clusters. Deze studie was onderdeel van het XMM-Newton Omega-project. Dat project, geleid door Jim Bartlett van het Collège de France, is bedoeld om de dichtheid van materie in het heelal te meten.

Clusters stralen enorme hoeveelheden röntgenstraling uit, omdat ze veel hete gassen bevatten. Dat gas hangt om de stelsels in de cluster heen als stoom om de mensen in een sauna. Door de hoeveelheid röntgenstralen en de energie ervan te meten, kunnen onderzoekers zowel de temperatuur van het gas als de massa van de hele cluster bepalen. In een heelal met relatief veel materie zouden clusters van sterrenstelsels steeds moeten blijven groeien. Gemiddeld zouden ze nu dan zwaarder moeten zijn dan vroeger omdat ze materiaal op blijven slorpen.

Het wolkje in het midden van deze afbeelding is een van de clusters van sterrenstelsels die door XMM-Newton werden bekeken. Deze cluster, RXJ0847.2+3449, bevindt zich op zo’n 7 miljard lichtjaar afstand, dus we zien haar hier zoals ze er 7 miljard jaar geleden uitzag. Het universum had toen maar de helft van zijn huidige leeftijd. Deze cluster bestaat uit tientallen sterrenstelstels. bron: ESAKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

De meeste sterrenkundigen geloven, dat wij juist in een heelal met lage materiedichtheid leven, waarvan de inhoud voor 70 % uit een geheimzinnige ‘donkere energie’ (dark energy) bestaat. Die donkere energie zou door het hele heelal verspreid moeten zijn. Voor zo’n heelal voorspelt de theorie dat sterrenstelsel-clusters al stoppen met groeien als het heelal nog jong is. De clusters van toen en die van nu zouden er dus bijna hetzelfde uit moeten zien.

In een paper die binnenkort in het Europese vakblad Astronomy and Astrophysics wordt gepubliceerd, laten onderzoekers van het XMM-Newton Omega-project zien, dat de huidige clusters er niet uitzien als clusters die ver weg liggen. De vergelegen clusters, die wij nu zien zoals ze er miljarden jaren geleden uitzagen, lijken meer röntgenstralen uit te zenden. Ze zijn in de loop der tijd dus duidelijk van uiterlijk veranderd.

In een bijbehorend artikel laten Alain Blanchard van het Laboratoire d’Astrophysique de l’Observatoire Midi-Pyrénées en zijn team zien, hoe je met de metingen van XMM-Newton kunt berekenen hoe het aantal clusters in de tijd verloopt. Volgens Blanchard waren er in het verleden minder clusters.

Dat wijst erop, dat het heelal toch een hoge materiedichtheid kent, in tegenspraak met het breed aanvaarde concordance-model. Dat model voorspelt juist een heelal met lage massa-dichtheid dat voor 70% uit donkere energie bestaat. Blanchard weet dat zijn conclusies heel controversieel zijn: “Om deze resultaten te verklaren heb je heel veel materie in het heelal nodig en dat laat weinig ruimte over voor donkere energie.”

Het is wel mogelijk om de nieuwe metingen van XMM-Newton weer te laten kloppen met de concordance-modellen. Maar daarvoor zouden sterrenkundigen toe moeten geven dat er een flink gat zit in hun begrip van hoe clusters en misschien ook de sterrenstelsels daarin zich gedragen. Zo zouden die sterrenstelsels in vergelegen clusters meer energie in de hun omringende gaswolken moeten pompen dan op dit moment. Naarmate een cluster ouder wordt, moet dat proces dan langzamerhand minder actief worden.

Hoe de waarnemingen ook geïnterpreteerd gaan worden, XMM-Newton heeft sterrenkundigen een nieuw inzicht in de werking van het heelal gegeven, en een nieuw raadsel om over na te denken. De metingen van de röntgensatelliet worden op dit moment gecontrolerd door andere observatoria. Als die dezelfde resultaten produceren, is het misschien tijd om opnieuw na te denken over onze kennis van het heelal.

Artist’s Impression van de lancering van XMM-Newton door een Ariane-5 raket. De satelliet maakt zich hier net los van de draagraket. bron: ESAKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

De inhoud van het heelal

Het heelal, daar zijn de meeste astronomen het over eens, bestaat uit drie delen: normale materie, donkere materie en donkere energie. Normale materie bestaat uit de atomen die de bouwstenen zijn van sterren, planeten, mensen en alle andere zichtbare zaken in het heelal. Enige bescheidenheid is wel op zijn plaats: het heelal bestaat bijna zeker maar voor tussen de 1% en 10% uit ‘normale materie’.

Hoe meer astronomen naar het heelal kijken, hoe meer massa ze nodig hebben om alles te verklaren. Maar die massa mag niet uit normale atomen bestaan, want dan zouden er meer sterren en sterrenstelsels zijn aan de hemel. Daarom werd de ‘donkere materie’ (dark matter) uitgevonden. Dat is materie die we niet kunnen zien omdat ze niet reageert op licht. Op ongeveer hetzelfde moment dat de donkere materie werd voorgesteld, begonnen natuurkundigen te speculeren over nieuwe en exotische deeltjes die in het heelal voor moesten komen. Deze deeltjes zouden nauwelijks op normale materie reageren en velen geloven nu dat deze deeltjes de donkere materie moeten zijn. Hoewel er veel experimenten worden gedaan om de donkere materie te vinden, is dat tot nu toe nog niet gelukt. Toch geloven sterrenkundigen, dat het heelal voor 30% tot 99% (!) uit donkere materie bestaat.

Donkere energie is het nieuwste ingrediënt in de modellen van het universum. Albert Einstein was de eerste die het idee van een alomwezige kosmische energie voorstelde. Hij deed dat, voor hij wist dat het heelal uitdijde, en zo’n uitdijend heelal heeft geen ‘kosmologische constante’ nodig, zoals Einstein zijn energie had genoemd. Maar in de jaren 1990 wezen waarnemingen van exploderende sterren ver weg in het heelal erop, dat het heelal niet zomaar uitdijde. Het was aan het versnellen, en de enige manier omdat te verklaren was met een variant op Einstein’s kosmische energie. Die is donkere energie genoemd, al weet nog niemand waar die uit bestaat.

In het concordance-model dat momenteel populair is om het heelal mee te beschrijven, is het voor 70% gevuld met donkere energie, voor 25% met donkere materie en voor 5% met normale materie.

XMM-Newton

De satelliet XMM-Newton kan meer bronnen van röntgenstraling in het heelal waarnemen dan welke andere satelliet dan ook. Het observatorium helpt veel kosmische raadsels in het heelal op te lossen, van zwarte gaten tot de vorming van melkwegen. De satelliet werd op 10 december 1999 met een Ariane-5 raket gelanceerd vanuit Frans Guiana. Naar verwachting zal de satelliet tien jaar lang data blijven verzamelen. XMM-Newton is ontworpen met 170 superdunne cilindrische spiegels, verdeeld over drie telescopen. Zijn baan brengt de satelliet tot op een derde van de afstand tot de maan, zodat onderzoekers lange, ononderbroken blikken op het heelal kunnen werpen.

Een van de drie spiegelmodules in ESA’s XMM-Newton satelliet. Elk van deze spiegels bevat 58 spiegels met een totaal oppervlak van meer dan 120 vierkante meter. Dat is groter dan een tennisveld! bron: ESAKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Dit artikel is een publicatie van European Space Agency (ESA).
© European Space Agency (ESA), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 17 december 2003

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.