Volgens onze huidige theorieën zorgt donkere energie ervoor dat het heelal steeds sneller uitdijt. Nieuwe waarnemingen van het Dark Energy Spectroscopic Instrument wijzen erop dat deze mysterieuze kracht steeds zwakker wordt. Dat gooit ons beeld van het universum volledig overhoop.
Donkere energie is een van de vreemdste verschijnselen in het heelal. We weten niet wat het is, maar we weten wel dat het bepaalt hoe snel het heelal uitdijt en wat er uiteindelijk mee gebeurt. Nu wijst een studie van miljoenen hemellichamen erop dat we een compleet verkeerd beeld hebben van deze duistere kracht. Mogelijk is de toekomst van het heelal daardoor ook heel anders dan we dachten.
‘Dit is de grootste hint over de aard van donkere energie sinds de ontdekking ervan pakweg 25 jaar geleden’, zegt kosmoloog Adam Riess van de Johns Hopkins-universiteit in de VS. Onderzoekers bestudeerden drie jaar aan meetgegevens die zijn verzameld door het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) in Arizona. Deze gegevens combineerden ze met andere metingen, onder meer van de kosmische achtergrondstraling en supernova-explosies. Op basis daarvan concludeert het onderzoeksteam dat donkere energie in de loop der tijd vermoedelijk is afgezwakt. Dat is direct in tegenspraak met onze huidige theorieën over het universum.
Donkere materie moeten we eigenlijk onzichtbare materie noemen
De naam 'donkere materie' suggereert onjuist dat deze materie licht absorbeert. Daarom zou je het beter onzichtbare materie kunnen noemen.
Constante niet constant
DESI is gemonteerd op een telescoop. Het instrument meet de golflengte van licht dat door verre sterrenstelsels wordt uitgezonden. Deze golflengte wordt uitgerekt terwijl het licht door het heelal reist. Op basis van deze uitrekking, de zogeheten roodverschuiving, kunnen onderzoekers bepalen hoeveel het heelal tijdens de reis van het licht is uitgedijd. Ook kunnen ze op basis hiervan berekenen in hoeverre de uitdijingssnelheid is veranderd. Tot nu toe heeft het team het licht van bijna 15 miljoen sterrenstelsels en andere heldere objecten aan de hemel geanalyseerd.
Al tientallen jaren zijn natuurkundigen het erover eens dat het heelal met een vaste versnelling uitdijt. Deze versnelling is volgens natuurkundigen het gevolg van de druk van de donkere energie. Deze voortdurende druk naar buiten toe wordt ook wel de kosmologische constante genoemd.
In april 2024 onthulden de metingen van DESI voor het eerst aanwijzingen dat de uitdijing van het heelal in de loop van de tijd steeds minder hard versnelt. In dat geval zou de kosmologische constante helemaal niet constant zijn.
Riess, die geen deel uitmaakt van het DESI-team, zegt dat hij destijds niet zeker wist of de bevinding met meer meetgegevens zou standhouden. Maar inmiddels is het resultaat alleen maar sterker geworden. ‘Het lijkt erop dat het team na een jaar nog geen probleem heeft gevonden in de analyse, terwijl ze daar meer gegevens aan hebben toegevoegd. Het resultaat lijkt zelfs alleen nog maar sterker te zijn geworden. Dat vind ik erg spannend’, zegt hij.
Kruk
Toch voldoet de bevinding nog niet aan het statistische niveau van ‘5 sigma’: het moment waarop natuurkundigen spreken van een ontdekking omdat de mogelijkheid van een statistische toevalstreffer voldoende is uitgesloten. De huidige analyse komt niet hoger dan 4,2 sigma. Maar volgens DESI-onderzoeker Mustapha Ishak-Boushaki van de Universiteit van Texas in de VS is het team ervan overtuigd dat als DESI nieuwe gegevens blijft verzamelen, het resultaat binnen twee jaar 5 sigma bereikt. ‘Dit resultaat rond donkere energie is iets waarvan we niet hadden verwacht dat het nog tijdens ons leven gevonden zou worden’, zegt hij.
Volgens Ishak-Boushaki is het geruststellend dat de bevinding niet alleen gebaseerd is op gegevens van DESI, maar ook op verschillende andere studies naar het heelal. Riess vergelijkt de situatie met een kruk: het breken van één poot – oftewel het verwijderen van één set metingen – doet de conclusie niet meteen volledig afbrokkelen.
Big crunch
Als de kruk inderdaad overeind blijft, verandert dat ons huidige beeld van het heelal. Als donkere energie namelijk steeds zwakker wordt, kan het universum een toestand bereiken waarin de uitdijing niet langer steeds sneller gaat, maar een constante snelheid bereikt, zegt Ishak-Boushaki. Ook worden volgens hem enkele dramatische scenario’s dan waarschijnlijker, zoals de big crunch. Daarbij begint de kosmos op een gegeven moment samen te trekken in plaats van uit te dijen, om uiteindelijk ineen te storten.
DESI is niet het enige instrument waarmee onderzoekers de toekomst van het heelal proberen te ontsluieren. Riess wijst op verschillende andere apparaten – zoals de Nancy Grace Roman-ruimtetelescoop van NASA en het Vera C. Rubin-observatorium in Chili – die zijn ontworpen om licht te werpen op de ware aard van donkere energie.
Het is nu aan theoretisch natuurkundigen om hun wiskundige modellen van een universum met veranderende donkere energie op de nieuwe waarnemingen af te stemmen. ‘Wat betreft theoretische modellen is de doos van Pandora zojuist geopend. Tot nu toe zaten we vast aan een kosmologische constante’, zegt Ishak-Boushaki. ‘Nu niet meer.’
