Ruim 10 miljard jaar geleden was de elektromagnetische kracht aan de ene kant van het universum mogelijk sterker dan aan de andere kant. Tot die conclusie kwam een onderzoekgroep op basis van metingen aan verre quasars. Nieuwe metingen bevestigen dit opnieuw, schrijven ze.
Dit vreemde verhaal begint ruim twintig jaar geleden. Eind jaren negentig ontdekte de Australische natuurkundige John Webb met zijn collega’s dat de frequenties van licht van verre sterrenstelsels afwijken van de verwachte waarden.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Webb keek naar quasars, zeer helder centrums van sterrenstelsels, op miljarden lichtjaren afstand. Zijn frequentiemetingen suggereerden dat een belangrijke natuurconstante, de fijnstructuurconstante, in deze verre stelsels een andere waarde heeft dan op aarde.
Een natuurconstante die niet constant is, zou de natuurkunde op z’n kop zetten. Een bewering dat de fijnstructuurconstante kan variëren, vereist daarom ijzersterk bewijs.
Belangrijke natuurconstante
De fijnstructuurconstante, α (alfa), is een eenheidsloos getal dat aangeeft hoe sterk elementaire deeltjes via elektromagnetisme met elkaar wisselwerken. Het speelt bijvoorbeeld een rol in hoe strak atomen hun elektronen bij zich kunnen houden.
Alfa is ongeveer 1/137 en die waarde luistert erg nauw. ‘Als alfa een andere waarde had gehad, dan zouden wij hier nu niet zijn’, mailt Carlos Martins van de Portugese Universidade do Porto, die naast Webb bij het nieuwe onderzoek betrokken is. ‘Als alfa 4 procent meer was geweest, dan zouden sterren bijna geen koolstof vormen. En als alfa 4 procent minder was dan zou er bijna geen zuurstof zijn.’
Grote claim eist sterk bewijs
De laatste twee decennia analyseerden astrofysici het licht van tientallen quasars met de Very Large Telescope (VLT) in Chili. En in 2010 kwamen ze met een zo mogelijk nog gekker resultaat. Als ze naar quasars op tien miljard lichtjaar afstand aan de zuidelijke hemel keken, dan maten ze een fijnstructuurconstante die een honderdduizendste groter is dan op aarde. Maar kijk je naar de noordelijke hemel, dan meet je een fijnstructuurconstante die kleiner is dan op aarde.
De natuurconstante is dus niet alleen niet constant, hij gedraagt zich ook niet in alle richtingen in het heelal hetzelfde. Dit druist in tegen bijna alle heersende natuurkundige theorieën. De resultaten worden daarom sceptisch bekeken door andere fysici, en ook door Webb en zijn collega’s.
In 2014 schreef de Australische Michael Murphy dat er mogelijk iets misgegaan is bij de kalibratie van de VLT-meetinstrumenten. Dat zou ervoor gezorgd hebben dat de frequenties en dus de constante anders leek, maar dat in werkelijkheid niet is. Webb weerlegde deze kritiek. Andere instrumenten hadden immers hetzelfde resultaat gevonden.
De zoektocht naar sterker bewijs voor óf tegen variaties in de natuurconstante gaat door. De vier nieuwe quasarmetingen horen daarbij en ze lijken overeen te komen met het resultaat uit 2010.
Meer zekerheid
‘Met deze nieuwe metingen kijken de onderzoekers nog verder in het verleden dan bij hun eerdere metingen’, zegt natuurkundige Wim Ubachs van de Vrije Universiteit in Amsterdam. Hij was niet betrokken bij het onderzoek. ‘Dat is een mooie prestatie, maar het resultaat is niet heel bijzonder of een sterk bewijs. Het zijn vier extra metingen op een stapel van ruim driehonderd eerdere metingen.’
Voor meer zekerheid over de mogelijke variaties van de fijnstructuurconstante zijn er niet alleen meer, maar ook preciezere metingen nodig. Die zullen waarschijnlijk komen van toekomstige telescopen zoals de Extremely Large Telescope (ELT). ‘Als het dan waar blijkt dat de waarde van de natuurconstante varieert, dan is dat heel bijzonder’, zegt Ubachs. ‘Dat zou betekenen dat de natuurwetten veranderen in de tijd of variëren op verschillende plaatsen in het heelal. Wij leven dan precies op het plekje waar ze precies zo afgestemd zijn dat er leven kan ontstaan.’
