Afbeelding tegoed: RAS
Astronomen hebben de afgelopen jaren gedetailleerde metingen gedaan van de kosmische achtergrondstraling in de microgolfoven - de 'echo' van de geboorte van het heelal tijdens de oerknal.
Deze resultaten lijken met opmerkelijke precisie aan te geven dat ons universum wordt gedomineerd door mysterieuze ‘koude donkere materie’ en ‘donkere energie’. Maar nu heeft een groep Britse astronomen bewijs gevonden dat de oer-microgolf-echo's mogelijk zijn gewijzigd of 'beschadigd' tijdens hun 13 miljard jaar durende reis naar de aarde.
De resultaten van een team van de University of Durham, onder leiding van professor Tom Shanks, zijn gebaseerd op een nieuwe analyse van gegevens van NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) -satelliet.
Het team heeft ontdekt dat clusters van nabije melkwegstelsels lijken te liggen in hemelgebieden waar de microgolftemperatuur lager is dan gemiddeld. Dit gedrag kan worden verklaard als het hete gas in de melkwegclusters interactie heeft gehad met de oerknal-fotonen die voorbij kwamen en de informatie in deze echo van de oervuurbal hebben beschadigd. Russische natuurkundigen R. A. Sunyaev en Ya. B. Zeldovich voorspelde een dergelijk effect begin jaren 70, kort na de ontdekking van de kosmische achtergrondstraling.
Dit Sunyaev-Zeldovich-effect is eerder waargenomen in het geval van gedetailleerde waarnemingen van de microgolfachtergrond in de buurt van een paar rijke melkwegclusters en het WMAP-team heeft zelf gemeld het effect in hun eigen gegevens te zien, dicht bij clustercentra.
Nu heeft het Durham-team bewijs gevonden dat heet gas in de clusters de kaarten van de microgolfachtergrond kan beïnvloeden tot een straal van bijna 1 graad vanaf de clustercentra van de melkweg, een veel groter gebied dan eerder werd gedetecteerd. Dit suggereert dat de posities van "clusters van clusters" of "superclusters" ook kunnen samenvallen met koelere plekken in het patroon van fluctuaties in de achtergrond van microgolven.
'De fotonen in de achtergrondstraling van de microgolven worden verstrooid door elektronen in nabijgelegen clusters', zei professor Shanks. "Dit veroorzaakt belangrijke veranderingen in de straling tegen de tijd dat deze ons bereikt."
"Als de clusters van melkwegstelsels die zich op enkele miljarden lichtjaren van de aarde bevinden ook hetzelfde effect hebben, dan moeten we nagaan of het nodig is om onze interpretatie van de satellietkaarten van de achtergrondstraling in de magnetron te wijzigen."
Als het resultaat van Durham wordt bevestigd, kunnen de gevolgen voor de kosmologie zeer significant zijn. De handtekening voor donkere energie en donkere materie ligt in de gedetailleerde structuur van de rimpelingen die worden gedetecteerd op de achtergrond van de magnetron, kleine temperatuurvariaties die werden gecreëerd in een tijd dat de straal van het heelal duizend keer kleiner was dan nu.
Als dit oerpatroon is aangetast door processen die zich in het recente verleden hebben afgespeeld, lang nadat sterrenstelsels en clusters van melkwegstelsels zijn gevormd, zal het op zijn best de interpretatie van de microgolfecho compliceren en in het slechtste geval het eerdere bewijs voor zowel donkere energie als koude donkere materie.
"De kracht van deze prachtige WMAP-gegevens is dat het aangeeft dat het interpreteren van de 'echo' van de microgolfachtergrond misschien minder eenvoudig is dan eerder werd gedacht," zei teamlid Sir Arnold Wolfendale (voorheen Astronomer Royal).
Het WMAP-team heeft al gemeld dat hun metingen van de microgolf-echo van de oerknal mogelijk zijn aangetast door het proces van de vorming van sterrenstelsels in een tussenstadium in de geschiedenis van het heelal. Ze presenteerden bewijs dat gas dat werd verwarmd door eerstgeboren sterren, sterrenstelsels en quasars mogelijk ook het microgolfsignaal hebben beschadigd toen het heelal 10 of 20 keer kleiner was dan nu. Dus zowel de WMAP- als Durham-resultaten suggereren dat de microgolfecho van de oerknal tijdens zijn reis naar de aarde mogelijk veel meer obstakels heeft moeten doorstaan dan eerder werd gedacht, met als gevolg mogelijke vervorming van het oersignaal.
"Onze resultaten kunnen uiteindelijk de overtuiging ondermijnen dat het heelal wordt gedomineerd door een ongrijpbaar koud donkere materiedeeltje en de nog meer raadselachtige donkere energie", zei professor Shanks.
Hoewel het observationele bewijs voor het standaardmodel van de kosmologie sterk blijft, bevat het model zeer ongemakkelijke aspecten. Deze ontstaan eerst omdat het gebaseerd is op twee stukken 'onontdekte fysica' - koude donkere materie en donkere energie - die beide niet in het laboratorium zijn gedetecteerd. Inderdaad, de introductie van deze twee nieuwe componenten vergroot de complicatie van het standaard Big Bang-inflatoire model aanzienlijk.
De problemen van donkere energie gaan bijzonder diep: de waargenomen dichtheid is bijvoorbeeld zo klein dat het kwantummechanisch instabiel kan zijn. Het creëert ook problemen voor de theorieën over kwantumzwaartekracht, wat suggereert dat we in een heelal kunnen leven met 10 of 11 dimensies, allemaal gekrompen, met uitzondering van drie in de ruimte en één in de tijd.
Veel theoretici zouden daarom een ontsnappingsroute willen van het huidige standaardmodel van de kosmologie en het valt nog te bezien in hoeverre deze observaties die door de Durham-groep zijn besproken in deze richting zullen gaan. Maar als ze juist zijn, suggereren ze dat de geruchten dat we in een "nieuw tijdperk van precisie-kosmologie" leven voorbarig kunnen blijken te zijn!
Oorspronkelijke bron: RAS News Release
