Wetenschappers hebben een ongekend niveau van duidelijkheid bereikt bij het in kaart brengen van de uitdijing van het universum en het bestuderen van donkere energie, de raadselachtige kracht die deze uitdijing versnelt. De doorbraak komt voort uit het analyseren van zes jaar aan gegevens verzameld door de Dark Energy Camera (DECam) van de Amerikaanse National Science Foundation Víctor M. Blanco 4-meter telescoop. Dit is de eerste keer dat vier onafhankelijke methoden voor het bestuderen van donkere energie zijn gecombineerd, waardoor de nauwkeurigheid van eerdere metingen is verdubbeld.
De gegevens achter de ontdekking
De analyse omvat 758 nachten aan observaties die een achtste van de hemel bestrijken, uitgevoerd tussen 2013 en 2019 door de Dark Energy Survey (DES) Collaboration. De DECam met 570 megapixels legde gegevens vast van maar liefst 669 miljoen sterrenstelsels, op enkele miljarden lichtjaren afstand. Deze schaal is cruciaal omdat het begrijpen van donkere energie het observeren van het universum op de grootst mogelijke schaal vereist – de effecten zijn subtiel en worden pas duidelijk als we grote kosmische afstanden onderzoeken.
Waarom donkere energie belangrijk is
Op het bestaan van donkere energie werd voor het eerst gezinspeeld in 1998, toen astronomen constateerden dat verre supernova’s zich sneller terugtrokken dan verwacht. Dit betekende niet alleen dat het heelal uitdijt, zoals Edwin Hubble tientallen jaren eerder ontdekte, maar ook dat de uitdijing versnelt. Donkere energie is nu verantwoordelijk voor grofweg 68% van de totale energie en materie in het universum, maar de aard ervan blijft onbekend.
De timing van de dominantie van donkere energie is ook van cruciaal belang: deze begon pas tussen 3 en 7 miljard jaar geleden de zwaartekracht te overweldigen. Dit suggereert dat de evolutie van het universum geen eenvoudig, lineair proces is, maar fasen omvat waarin verschillende krachten de scepter zwaaiden.
Vier manieren om het onzichtbare te bestuderen
De DES-analyse combineerde op unieke wijze vier methoden om donkere energie te onderzoeken:
- Type-Ia Supernova’s: Het originele ontdekkingsinstrument, nog steeds essentieel voor het meten van afstanden in de kosmos.
- Zwakke zwaartekrachtlens: De subtiele afbuiging van licht wanneer het massieve objecten passeert, waardoor de verdeling van donkere materie en donkere energie zichtbaar wordt.
- Galaxyclustering: Hoe sterrenstelsels zich groeperen, geeft aanwijzingen over de onderliggende kosmische structuur, beïnvloed door donkere energie.
- Baryon Acoustic Oscillations (BAO): Rimpelingen uit het vroege heelal zijn bewaard gebleven als dichtheidsfluctuaties en fungeren als kosmische liniaal voor het meten van uitdijing.
Door deze vier onafhankelijke methoden te vergelijken, heeft het DES-team het vertrouwen in hun resultaten aanzienlijk versterkt.
Onverwachte verschillen
De DES-gegevens komen overeen met zowel het standaard kosmologische model (Lambda Cold Dark Matter – LCDM) als een flexibeler model waardoor donkere energie in de loop van de tijd kan evolueren (wCDM). De analyse bracht echter een discrepantie aan het licht tussen de waargenomen clustering van sterrenstelsels en de voorspellingen van beide modellen.
Moderne sterrenstelsels lijken anders te clusteren dan verwacht op basis van metingen van het vroege heelal, wat erop wijst dat de huidige kosmologische modellen mogelijk onvolledig zijn. Deze discrepantie, hoewel subtiel, wordt bij elke nieuwe waarneming duidelijker.
De toekomst van onderzoek naar donkere energie
De volgende stap omvat het combineren van de DECam-gegevens met waarnemingen van de Legacy Survey of Space and Time (LSST) van het Vera C. Rubin Observatory, die ongeveer 20 miljard sterrenstelsels zal catalogiseren. Dit zal een nog uitgebreider beeld geven van de geschiedenis van het universum en het gedrag van donkere energie.
“DES heeft een transformatie teweeggebracht en het Vera C. Rubin Observatorium zal ons nog verder brengen”, zegt Chris Davis van de National Science Foundation. De ongekende reikwijdte van het Rubin Observatorium belooft ons begrip van de zwaartekracht op de proef te stellen en nieuwe inzichten in de ware aard van donkere energie te ontsluiten.
Het universum blijft vol mysteries, maar deze bevindingen brengen ons dichter dan ooit bij het ontrafelen van de geheimen van zijn steeds snellere expansie.
