Een analyse van miljoenen sterrenstelsels bevestigt Albert Einsteins ideeën over zwaartekracht. Het onderzoek biedt daarnaast nieuwe aanwijzingen over hoe donkere energie is ontstaan.
Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie is getest op de grootste schaal ooit. Uit een analyse van miljoenen sterrenstelsels blijkt dat de manier waarop ze zich in de loop van miljarden jaren hebben ontwikkeld en gegroepeerd, overeenkomt met zijn voorspellingen.
Einstein presenteerde zijn zwaartekrachttheorie meer dan een eeuw geleden. Sindsdien proberen onderzoekers scenario’s te vinden waarin die theorie niet klopt. Maar een test op het niveau van de grootste afstanden in het heelal was er tot nu toe niet, zegt natuurkundige Mustapha Ishak-Boushaki van de Universiteit van Texas in de VS. Hij en zijn collega’s gebruikten gegevens van het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), een speciale telescoop in Arizona, om zo’n test uit te voeren.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Krachtige test
We kunnen ons begrip van de zwaartekracht toetsen aan de details van de kosmische structuur en hoe die in de loop der tijd is veranderd. Het was immers de zwaartekracht die sterrenstelsels vorm gaf, toen deze ontstonden uit kleine verdikkingen in de verdeling van materie in het vroege heelal.
DESI heeft tot nu toe gegevens verzameld over hoe bijna 6 miljoen sterrenstelsels zich in de loop van de afgelopen 11 miljard jaar hebben gegroepeerd. Ishak-Boushaki en zijn collega’s combineerden deze gegevens met de resultaten van andere grote onderzoeken, bijvoorbeeld naar de kosmische achtergrondstraling en supernova’s. Vervolgens vergeleken ze dit met voorspellingen van een zwaartekrachttheorie die zowel Einsteins ideeën als hedendaagse concurrerende, alternatieve theorieën omvat.
Ze vonden geen afwijking van Einsteins zwaartekrachtstheorie. Ishak-Boushaki zegt dat er weliswaar onzekerheden in de metingen zitten, maar dat er nog steeds geen bewijs is dat een theorie die afwijkt van die van Einstein het heelal nauwkeuriger beschrijft.
Natuurkundige Itamar Allali van Brown-universiteit in de VS zegt dat algemene relativiteit weliswaar altijd stand heeft gehouden in nauwkeurige tests die in laboratoria zijn uitgevoerd, maar dat het toch belangrijk is om het op alle schalen te testen, inclusief de schaal van de complete kosmos. Daarmee kunnen we de mogelijkheid uitsluiten dat Einstein correcte voorspellingen deed voor objecten van de ene grootte, maar niet voor objecten van een andere grootte, zegt hij.
Uitdijing
De nieuwe analyse geeft ook aanwijzingen over hoe donkere energie, een kracht die verantwoordelijk is voor de versnellende uitdijing van het heelal, past binnen onze theorieën over zwaartekracht, zegt natuurkundige Nathalie Palanque-Delabrouille van Lawrence Berkeley National Laboratory in de VS. Einsteins eerste formuleringen van algemene relativiteit bevatten een kosmologische constante – een soort antizwaartekracht, die dezelfde rol speelt als donkere energie – maar eerdere DESI-resultaten suggereren dat donkere energie niet constant is. Het is mogelijk veranderd naarmate het universum ouder werd, zegt Palanque-Delabrouille.
‘Het feit dat we overeenstemming zien met [algemene relativiteit] en toch deze afwijking van de kosmologische constante zien, opent echt de doos van Pandora van wat de gegevens ons zouden kunnen vertellen’, zegt Ishak-Boushaki.
Hubbleconstante
DESI zal nog een aantal jaren gegevens blijven verzamelen. Uiteindelijk zal de telescoop de posities en eigenschappen van 40 miljoen sterrenstelsels vastleggen.
Volgens de drie wetenschappers zal dit duidelijkheid verschaffen over hoe we algemene relativiteit en theorieën over donkere energie correct met elkaar kunnen verbinden. Voor deze nieuwe analyse is slechts één jaar aan DESI-gegevens gebruikt, maar in maart 2025 zal het team de resultaten van de eerste drie jaar van het instrument delen.
Allali verwacht dat deze resultaten op verschillende manieren belangrijk zijn. Zo kunnen ze ook verschuivingen in de Hubbleconstante vaststellen – een maat voor de snelheid waarmee het heelal uitdijt. Daarnaast kunnen de resultaten helpen bij het bepalen van de massa van neutrino’s, en zelfs nieuwe kosmische ingrediënten zoals ‘donkere straling’ aan het licht brengen. ‘Deze analyse zal van invloed zijn op veel meer dan alleen zwaartekracht, het zal van invloed zijn op de hele kosmologie’, zegt hij.
