Twijfels over donkere energie

Onder leiding van David Lumb van ESTEC onderzocht een internationaal team van sterrenkundigen acht ver verwijderde clusters van melkwegstelsels. Ze vergeleken deze clusters met de clusters die in het nabije heelal voorkomen. 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 hoeveelheide röntgenstraling uit Dat komt doordat ze veel hete gassen bevatten. Dat gas hangt om de stelsels in de cluster heen, zoals stoom om 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.

Als er veel gewone matreie in het heelal zou zitten, zouden clusters steeds moeten blijven groeien. Gemiddeld zouden ze nu dan zwaarder moeten zijn dan vroeger.

De meeste sterrenkundigen geloven dat wij juist in een heelal met lage materiedichtheid leven. De inhoud van het heelal zou voor 70 % uit een geheimzinnige 'donkere energie' bestaan. Die donkere energie zou door het hele heelal verspreid moeten zijn. Voor zo'n heelal voorspelt de theorie dat clusters van melkwegstelsels 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 artikel dat binnenkort wordt gepublicered in het Europese vakblad Astronomy and Astrophysics, 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 model. 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 het model over donkere energie. Maar daarvoor zouden sterrenkundigen toe moeten geven dat er een flink gat zit in hun begrip van hoe clusters en misschien ook de melkwegstelsels daarin zich gedragen. Zo zouden de melkwegstelsels 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 afzwakken.

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 krijgen, is het misschien tijd om opnieuw na te denken over onze kennis van het heelal.

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 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 slechts voor 1% tot 10% uit 'normale materie'.

Hoe meer astronomen te weten komen over het heelal, des te 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' 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 voordat 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 een ‘harmoniemodel’ dat tegenwoordig populair is bij astronomen, is het heelal voor 70% gevuld met donkere energie, voor 25% met donkere materie en voor 5% met normale materie.

XMM-Newton

XMM-Newton kan meer röntgenstralingsbronnen aan de hemel waarnemen dan welke andere satelliet dan ook. Het observatorium helpt veel kosmische raadsels in het heelal op te lossen, van zwarte gaten tot het ontstaan van melkwegstelsel. De satelliet werd op 10 december 1999 met een Ariane-5 raket gelanceerd vanuit Frans Guyana. 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.