Een tweede soort donkere energie kan mogelijk verklaren waarom het universum sneller uitdijt dan verwacht. Kosmologen hebben nu hints gezien van het bestaan van deze extra donkere energie, in metingen van het oudste licht in het universum.
Het heelal dijt niet alleen uit, het dijt steeds sneller uit. Dat weten we sinds 1998. Omdat de zwaartekracht juist alles bijeen zou moeten houden, moet er dus ook iets zijn dat dit effect tegenwerkt en de uitdijing aandrijft. Wat dat ‘iets’ precies is, weten kosmologen niet, maar ze noemen het donkere energie.
Het bleek lastig om die versnelde uitdijing goed te meten. Inmiddels zijn er twee manieren om de zogeheten Hubbleconstante – die aangeeft hoe snel het heelal groeit – te bepalen. Allereerst kun je kijken naar het huidige heelal en onze directe omgeving. Hiervoor meten kosmologen hoe ver bepaalde sterren bij ons vandaan staan en hoe snel ze van ons weg bewegen. Daarnaast is de uitdijing te meten door terug in de tijd te kijken, naar de kosmische achtergrondstraling. Dat is de nagloed van de oerknal en het oudste licht in het heelal.
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 ...
Vroege donkere energie
Die twee meetmethodes komen tot verschillende waarden voor de Hubbleconstante. ‘Het is waarschijnlijk dat er in het vroege heelal iets aan de hand was waardoor de waarde daar lager lijkt’, zegt kosmoloog Rien van de Weijgaert van de Rijksuniversiteit Groningen, die niet betrokken is bij het nieuwe onderzoek. Kosmoloog Marc Kamionkowski van Johns Hopkins-universiteit in de Verenigde Staten stelde in 2019 een extra ingrediënt voor dat in het vroege heelal aanwezig kan zijn geweest: vroege donkere energie (early dark energy).
Vroege donkere energie zou zich gedragen als een soort vloeistof die 380.000 jaar na de oerknal aanwezig was, maar die daarna snel verdween. Net als de huidige donkere energie duwde het het heelal uiteen. Het was niet sterk genoeg om een versnelde uitdijing te realiseren zoals we nu zien, maar het liet de hete soep van materie in het vroege heelal wel sneller afkoelen.
Die vroege donkere energie kan zo de kosmische achtergrondstraling beïnvloed hebben. Dat zou betekenen dat we de metingen van de achtergrondstraling anders moeten interpreteren. Als kosmologen die achtergrondstraling analyseren met vroege-donkere-energie-modellen, dan zou het heelal bijvoorbeeld geen 13,8 miljard jaar oud zijn, maar 12,4 miljard jaar. En de uitdijing zou ongeveer 5 procent sneller gaan dan in een heelal zonder vroege donkere energie. Dat zou goed overeenkomen met de metingen van de uitdijing in onze directe omgeving.
‘Ik vind het idee van vroege donkere energie erg interessant’, zegt Van de Weijgaert. ‘Het zou verklaren waarom de twee verschillende meetmethodes andere waarden van de Hubbleconstante meten.’
Nagloedmetingen
Nu hebben twee onafhankelijke onderzoeken – die binnen een paar dagen van elkaar online verschenen – in metingen van de Atacama Cosmology Telescope (ACT) in Chili mogelijk de eerste tekenen gezien van vroege donkere energie. ACT meet de kosmische achtergrondstraling.
‘Het blijkt dat een patroon dat we met ACT zien in de kosmische achtergrondstraling beter verklaard kan worden als we het bestaan van vroege donkere energie veronderstellen’, mailt astrofysicus Vivian Poulin van de Universiteit Montpellier in Frankrijk, die is betrokken bij een van de onderzoeken. Dat was een grote verrassing. ‘We dachten eerst dat we een fout gemaakt hadden.’
‘Het onderzoek is interessant en lijkt inderdaad te kunnen kloppen’, zegt Van de Weijgaert. ‘Maar er zitten nog veel haken en ogen aan de analyses van de kosmische achtergrondstraling. Of je inderdaad tekenen van vroege donkere energie ziet, hangt er erg vanaf welke informatie je precies gebruikt uit de metingen.’
Ook de onderzoekers zelf onderstrepen de onzekerheid van hun metingen. Het is dus absoluut nog niet zeker dat deze extra vorm van donkere energie bestaat. Daarom werken ze nu aan het verzamelen en analyseren van andere achtergrondstralingsmetingen. Poulin: ‘Ik geloof dat toekomstige ACT-metingen en andere achtergrondstralingsdetectoren beslissend bewijs zullen leveren voor (of tegen) het vroege-donkere-energie-model.’
