Kosmologen menen een draaiing te hebben ontdekt in het oudste licht in het universum. Als die draaiing echt bestaat, werpt dat nieuw licht op de aard van donkere energie. Die zou dan niet constant zijn, maar aan kracht kunnen winnen of verliezen.
Sinds 1998 weten we dat het heelal steeds sneller uitdijt. Waarom dat gebeurt, is nog onbekend. De zwaartekracht zou alles in het universum juist bijeen willen houden, maar blijkbaar zit er iets in het heelal dat als een onzichtbare motor een steeds snellere uitdijing aandrijft. Wat dat ‘iets’ is, weten astronomen niet. Wel hebben ze het spul maar vast een naam gegeven: donkere energie.
Voor donkere energie bestaan verschillende verklaringen. Zo denken sommige astronomen dat er in het vacuüm van de ruimte een constante kracht schuilgaat die de boel doet opzwellen: de zogeheten kosmologische constante. Volgens deze verklaring is de hoeveelheid donkere energie per stukje ruimte overal hetzelfde, is die altijd hetzelfde geweest en zal die ook altijd hetzelfde blijven.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Anderen zetten hun geld juist in op een energieveld dat overal in de ruimte zit en langzaam verandert. Doordat de sterkte van dit veld kan toe- of afnemen, kan ook de heelal-oppompende kracht van de donkere energie gedurende de tijd veranderen. De veranderlijke donkere energie wordt ook wel ‘kwintessens’ genoemd, een term die in de jaren tachtig voor het eerst werd geïntroduceerd in de kosmologie.
Een draaiing in de kosmische achtergrondstraling, die kosmologen nu gevonden denken te hebben, is alleen mogelijk als de donkere energie verandert. Het zou de kwintessenstheorie dus op 1-0 voorsprong zetten.
Nabrander
De kosmische achtergrondstraling is de nagloed van de oerknal, het alleroudste licht in het heelal, dat over het hele universum is uitgesmeerd. In een heelal met een kosmologische constante zou het elektrisch veld van dit oude licht alle kanten op trillen. Dat wil zeggen dat het licht geen voorkeursrichting heeft – en dus ook geen draaiing.
Als de kwintessenstheorie juist is en donkere energie in ons heelal veranderlijk is, dan zou het licht dat door het heelal reist juist wél een tik in een bepaalde richting krijgen. Om precies te zijn: licht met de ene voorkeursrichting zou nét iets anders afbuigen dan licht met een andere voorkeursrichting. In dat geval spreken natuurkundigen van een draaiing van de polarisatierichting van het licht.
Twee kosmologen, Yuto Minami van deeltjesfysica-instituut KEK in Japan en Eiichiro Komatsu van het Duitse Max Planck-instituut voor astrofysica in Garching, menen nu die draaiing gezien te hebben. Zij vonden de draaiingen in de meetgegevens van de Planck-ruimtetelescoop, die als taak heeft om de achtergrondstraling nauwkeurig in kaart te brengen.
Omgekeerde oerknal
Als de kracht van de donkere energie kan af- of toenemen, dan kan de snelheid waarmee de ruimte uitzet ook veranderen. En dat heeft vergaande gevolgen. Het zou onder meer betekenen dat het heelal zich in het verleden mogelijk anders gedroeg dan we tot nog toe dachten. In dat geval zou het universum een stukje jonger kunnen zijn dan de 13,8 miljard jaar die astronomen het nu geven.
Ook zou de sterkte van de donkere energie in de toekomst kunnen veranderen. Het zou dan zelfs zo kunnen zijn dat de uitwaartse kracht van de kwintessens, die het heelal nu doet uitdijen, omslaat in een inwaartse kracht. Dan zou het heelal niet langer groeien, maar juist krimpen en uiteindelijk in één enkel punt op elkaar klappen, als een soort omgekeerde oerknal.
‘Heel geloofwaardig’
Als de ontdekking klopt, zou dat de bestaande natuurkundige theorieën bovendien behoorlijk op de kop zetten. In het huidige model van de deeltjesfysica is namelijk geen ruimte voor zoiets geks als kwintessens.
Toch blijft de natuurkundegemeenschap nog rustig onder het nieuws van Minami en Komatsu. Andere onderzoeksteams die de polarisatie van de kosmische achtergrondstraling bekeken, hebben namelijk geen opvallende draaiing gevonden. Een kanttekening daarbij is dat zij andere meetmethodes gebruikten.
‘Ik vind het werk heel geloofwaardig’, zegt kosmoloog Rien van de Weijgaert van de Rijksuniversiteit Groningen. Hij was niet bij het werk betrokken, maar kent een van de twee onderzoekers goed. ‘Komatsu gaat niet over één nacht ijs. Hij is een groot expert op het gebied. En hij heeft een originele methode bedacht om de polarisatie te bekijken.’
Minami en Komatsu probeerden namelijk niet de precieze grootte van de polarisatie te achterhalen, maar keken of de polarisatie verschilt op verschillende plekken in de hemel. Is dat het geval, dan weet je zeker: íéts is hier gedraaid. En deze methode vermijdt een probleem dat andere kosmologen ondervonden, namelijk dat het lastig is om de precieze waarde van de draaiing te meten. ‘Die methode is knap. Het is het soort slimme, originele idee waarvan je zegt: dat hadden we eerder moeten bedenken’, vindt Van de Weijgaert.
Geen detectie, wel indicatie
Dat het artikel de natuurkundegemeenschap niet op de grondvesten doet trillen, komt volgens Van de Weijgaert ook doordat de vondst niet de vereiste ‘vijf-sigma-grens’ bereikt waar een werkelijke ontdekking aan moet voldoen. Dat wil zeggen: een ontdekking is pas een ontdekking als er slechts een extreem kleine kans is (1 op de 3,5 miljoen) dat de meting het gevolg is van toeval. Dat is bij het gedraaide licht nog niet het geval.
‘De onderzoekers beweren dan ook niet dat zij een echte detectie hebben gedaan, maar ze zien wel een indicatie. Er zit íéts. Het resultaat zit echt op het randje van een ontdekking, maar het is belangrijk om nu nog voorzichtig te zijn’, aldus Van de Weijgaert.
Bij nader onderzoek zou de vermeende polarisatiedraaiing bijvoorbeeld alsnog als de ruis in de metingen kunnen verdwijnen. ‘Maar als het klopt, zijn de gevolgen verreikend’, zegt Van de Weijgaert. ‘Het zou het verhaal van de donkere sector van het heelal compleet veranderen.’
