Het universum breidt zich steeds sneller uit en wetenschappers weten niet waarom. Dit fenomeen lijkt in tegenspraak met alles wat onderzoekers begrijpen over het effect van de zwaartekracht op de kosmos. Het is alsof je een appel in de lucht gooit en hij gaat steeds sneller omhoog. De oorzaak van die versnelling, genaamd “donkere energie“, blijft een mysterie.
Een nieuwe studie van de internationale Dark Energy Survey, met behulp van de Victor M. Blanco 4-meter Telescope in Chili, markeert de laatste poging om te bepalen of dit alles gewoon een misverstand is.
Het kan zijn dat de verwachtingen over hoe de zwaartekracht werkt op de schaal van het hele universum, gebrekkig of onvolledig zijn. Dit potentiële misverstand kan wetenschappers helpen donkere energie te verklaren. Maar de studie, een van de meest nauwkeurige tests tot nu toe van Albert Einstein’s theorie van de zwaartekracht op kosmische schaal, toont aan dat het huidige begrip nog steeds correct lijkt te zijn.
De resultaten, geschreven door een groep wetenschappers, waaronder enkele van NASA’s Jet Propulsion Laboratory, werden onlangs (23-08-2022) gepresenteerd op de International Conference on Particle Physics and Kosmologie in Rio de Janeiro.
Meer dan een eeuw geleden ontwikkelde Albert Einstein zijn Algemene relativiteitstheorie om de zwaartekracht te beschrijven, en tot nu toe heeft het alles nauwkeurig voorspeld, van de baan van Mercurius tot het bestaan van zwarte gaten. Maar als deze theorie de donkere energie niet kan verklaren, dan moeten misschien enkele van de vergelijkingen aangepast, of nieuwe componenten toegevoegd worden.
Om erachter te komen of dat noodzakelijk is, zochten leden van de Dark Energy Survey naar bewijs dat de zwaartekracht in de geschiedenis van het universum, of over kosmische afstanden, is veranderd. Een positieve uitkomst zou dan erop wijzen dat de theorie van Einstein onvolledig is. In dat geval zou dat de versnelde uitdijing van het universum kunnen helpen verklaren.
Maar uit het onderzoek blijkt dat de theorie van Einstein nog steeds werkt. Dus er is nog geen verklaring voor donkere energie!
Wazig zicht
Hoe weten wetenschappers wat er in het verleden van het universum is gebeurd?
Dat kunnen ze door naar verre objecten te kijken. Een lichtjaar is een maat voor de afstand die het licht in een jaar kan afleggen (ongeveer 9,5 biljoen (biljoen = 1012, dus 1.000.000.000.000) kilometer). Dat betekent dat een object op één lichtjaar afstand voor ons verschijnt zoals het een jaar geleden was, toen het licht het object voor het eerst verliet.
En sterrenstelsels op miljarden lichtjaren afstand zien er voor ons dus net zo uit als miljarden jaren geleden. In de studie keek men naar sterrenstelsels die ongeveer 5 miljard jaar teruggaan in het verleden. Bij nieuwe, toekomstige, projecten zal men 8 tot 11 miljard jaar in het verleden turen voor verdere bevestiging van de resultaten.
De sterrenstelsels zelf onthullen niet de kracht van de zwaartekracht, maar hoe ze er vanaf de aarde uitzien wel.
De meeste materie in ons universum is donkere materie, die geen licht uitstraalt, reflecteert of op een andere manier met licht een interactie heeft. Hoewel wetenschappers niet weten waar donkere materie van gemaakt is, weten ze dat het er is, omdat de zwaartekracht die materie verraadt.
Grote reservoirs van donkere materie in ons universum vervormen de ruimte zelf. Terwijl licht door de ruimte reist, ontmoet het deze vervormde ruimte, waardoor beelden van verre sterrenstelsels gekromd of uitgesmeerd lijken.
Dit was te zien op een van de eerste beelden die werden vrijgegeven door NASA’s James Webb Space Telescope.
Zwaartekrachtlens
Wetenschappers van Dark Energy Survey zoeken op afbeeldingen van sterrenstelsels naar subtiele vervormingen als gevolg van het buigen van de ruimte door donkere materie, een effect dat zwakke zwaartekrachtlens wordt genoemd. De sterkte van de zwaartekracht bepaalt de grootte en verdeling van donkere materiestructuren, en die grootte en verdeling bepalen op hun beurt weer hoe kromgetrokken die sterrenstelsels voor ons lijken.
Op die manier kunnen afbeeldingen de kracht van de zwaartekracht op verschillende afstanden van de aarde en op verre tijden in de geschiedenis van het universum onthullen.
De groep heeft nu de vormen van meer dan 100 miljoen sterrenstelsels gemeten en tot nu toe komen de waarnemingen overeen met wat wordt voorspeld door de theorie van Einstein.