Opwindend nieuws voor fysici: donkere energie gedraagt zich mogelijk anders dan verwacht

Donkere energie, de drijvende kracht achter de versnelde uitdijing van het heelal, gedraagt zich mogelijk anders dan verwacht. Nieuwe waarnemingen hinten erop dat de invloed van deze mysterieuze energie de afgelopen miljarden jaren veranderd is. Dat is opwindend nieuws voor fysici. Tot nu toe leek het namelijk een constante factor in de geschiedenis van het heelal.

„Het zijn spannende aanwijzingen”, zegt Alessandra Silvestri, universitair hoofddocent kosmologie aan de Universiteit Leiden, die niet bij het onderzoek betrokken was. „Ik was vorige week bij de bijeenkomst waar de observaties gepresenteerd werden en er was duidelijk opwinding in de zaal.” De observaties, die ook online verschenen, zorgen voor opwinding onder fysici omdat het eindelijk een hint geeft over de aard van de mysterieuze donkere energie.

Desondanks benadrukken wel en niet betrokken onderzoekers dat de bevindingen nog niet overtuigend genoeg zijn om te spreken van een ontdekking. De spannende hints kunnen schijn zijn, veroorzaakt door ruis of iets in de data-analyse, en als sneeuw voor de zon verdwijnen als er meer waarnemingen binnenstromen. „Maar als deze observaties wel bevestigd worden, dan kan dat nieuwe deuren openen die leiden tot meer begrip van donkere energie en de kosmos”, zegt Silvestri.

Donkere energie is al 25 jaar een raadsel. In 1998 ontdekten fysici dat het heelal steeds sneller is gaan uitdijen. Dat was verrassend. Wetenschappers hadden verwacht dat de uitdijing geleidelijk zou afremmen en misschien zelfs zou terugdraaien door de aantrekkende zwaartekracht tussen sterrenstelsels. Zoals een bal die je opgooit uiteindelijk weer naar beneden valt, door de zwaartekracht van de aarde. Maar in 1998 bleek het omgekeerde; het is alsof een bal die je opgooit steeds sneller omhoog vliegt zonder ooit terug te vallen. Het lijkt erop dat iets de uitdijing aandrijft en versnelt. Dat iets wordt donkere energie genoemd.

Een deel van de verklaring is misschien dat de lege ruimte zelf een specifieke hoeveelheid energie heeft die de boel uit elkaar drijft. De theoretische beschrijving hiervan is de zogeheten kosmologische constante die je kunt toevoegen aan de zwaartekrachttheorie van Albert Einstein.

Onderzoekers proberen nu te achterhalen of je donkere energie inderdaad kunt beschrijven met een dergelijke constante waarde die niet verandert in de tijd. Als dat zo is, dan willen ze weten waarom de lege ruimte altijd die specifieke energie heeft. Dit onderzoeken fysici door in kaart te brengen hoe de uitdijing van het heelal de afgelopen 11 miljard jaar verliep.

Tientallen miljoenen sterrenstelsels

De vorige week gepresenteerde waarnemingen zijn de eerste resultaten van het DESI-samenwerkingsverband (Dark Energy Spectroscopic Instrument) dat met telescopen op aarde kijkt naar de verdeling van tientallen miljoenen sterrenstelsels op verschillende momenten in de geschiedenis van het heelal. De structuur van die verdeling is een overblijfsel van dichtheidsverschillen vlak na de oerknal. Daarom ligt die structuur al miljarden jaren vast en kun je afstanden erin gebruiken als kosmische meetlat om de uitdijing van de ruimte te meten.

„Deze waarnemingen zijn een enorme stap vooruit voor het kosmologische onderzoek”, zegt Henk Hoekstra, niet-betrokken hoogleraar observationele kosmologie van de Universiteit Leiden. „Maar het zijn pas de eerste metingen van DESI. Het is dus de vraag of de hints die lijken te wijzen op variërende donkere energie echt iets nieuws zijn, of dat het betekent dat we de metingen nog niet goed genoeg begrijpen. Het lijkt me nog te vroeg om de champagne open te trekken. ”

Toch is Hoekstra optimistisch. „Er komt nog veel meer data aan, van DESI en ook van andere observatoria. Over ongeveer twee jaar verwachten we bijvoorbeeld de eerste resultaten van ruimtetelescoop Euclid, die ook de uitdijing van het heelal gaat waarnemen. Ik denk dat we de komende jaren veel meer te weten zullen komen over donkere energie en de rest van de kosmos. Het wordt een spannende tijd.”