Het universum is gevuld met miljarden sterrenstelsels en biljoenen sterren, samen met bijna ontelbare planeten, manen, asteroïden, kometen en wolken stof en gas - allemaal wervelend in de uitgestrekte ruimte.
Maar als we inzoomen, wat zijn dan de bouwstenen van deze hemellichamen en waar komen ze vandaan?
Waterstof is het meest voorkomende element in het universum, gevolgd door helium; samen vormen ze bijna alle gewone materie. Maar dit vertegenwoordigt slechts een klein stukje van het universum - ongeveer 5%. Al de rest is gemaakt van dingen die niet te zien zijn en alleen indirect kunnen worden gedetecteerd.
Meestal waterstof
Het begon allemaal met een oerknal, ongeveer 13,8 miljard jaar geleden, toen ultrahete en dicht opeengepakte materie plotseling en snel in alle richtingen tegelijk werd uitgebreid. Milliseconden later was het pasgeboren universum een enorme massa van neutronen, protonen, elektronen, fotonen en andere subatomaire deeltjes, die volgens NASA rond de 100 miljard graden Kelvin roerden.
Elk stukje materie waaruit alle bekende elementen in het periodiek systeem bestaan - en elk object in het universum, van zwarte gaten tot massieve sterren tot spikkels ruimtestof - is gemaakt tijdens de oerknal, zei Neta Bahcall, een professor in de astronomie bij de afdeling Astrofysische Wetenschappen van de Princeton University in New Jersey.
"We kennen niet eens de wetten van de natuurkunde die in zo'n hete, dichte omgeving zouden hebben bestaan," vertelde Bahcall aan WordsSideKick.com.
Ongeveer 100 seconden na de Big Bang daalde de temperatuur tot een nog steeds ziedende 1 miljard graden Kelvin. Ongeveer 380.000 jaar later was het universum voldoende afgekoeld om protonen en neutronen samen te laten komen en lithium, helium en de waterstofisotoop deuterium te vormen, terwijl vrije elektronen gevangen zaten om neutrale atomen te vormen.
Omdat er in het vroege universum zoveel protonen rondslingerden, werd waterstof - het lichtste element, met slechts één proton en één neutron - het meest voorkomende element, dat bijna 95% van de atomen van het universum uitmaakte. Bijna 5% van de atomen van het universum zijn helium, volgens NASA. Ongeveer 200 miljoen jaar na de oerknal vormden en produceerden de eerste sterren de rest van de elementen, die een fractie vormen van de resterende 1% van alle gewone materie in het universum.
Onzichtbare deeltjes
Tijdens de Big Bang is er iets anders ontstaan: donkere materie. "Maar we kunnen niet zeggen welke vorm het aannam, omdat we die deeltjes niet hebben gedetecteerd", vertelde Bahcall aan WordsSideKick.com.
Donkere materie kan - nog - niet direct worden waargenomen, maar de vingerafdrukken worden bewaard in het eerste licht van het universum, of de kosmische achtergrondstraling in de microgolfoven (CMB), als kleine fluctuaties in straling, zei Bahcall. Wetenschappers stelden voor het eerst het bestaan van donkere materie voor in de jaren dertig van de vorige eeuw, waarbij ze theoretiseerden dat de ongeziene aantrekkingskracht van donkere materie de oorzaak moet zijn van snel bewegende melkwegclusters. Tientallen jaren later, in de jaren zeventig, vond de Amerikaanse astronoom Vera Rubin meer indirect bewijs van donkere materie in de sneller dan verwachte rotatiesnelheden van sterren.
Op basis van Rubins bevindingen berekenden astrofysici dat donkere materie - ook al kon ze niet worden gezien of gemeten - een aanzienlijk deel van het universum uitmaakt. Maar ongeveer 20 jaar geleden ontdekten wetenschappers dat het universum iets vreemds bevatte dan donkere materie; donkere energie, waarvan wordt aangenomen dat deze aanzienlijk overvloediger is dan materie of donkere materie.
Een onweerstaanbare kracht
De ontdekking van donkere energie kwam tot stand omdat wetenschappers zich afvroegen of er genoeg donkere materie in het universum was om uitzetting uit te sputteren of om te keren, waardoor het universum naar binnen stortte.
Kijk, toen een team van onderzoekers dit eind jaren negentig onderzocht, ontdekten ze dat het universum niet alleen niet instortte, maar dat het zich steeds sneller naar buiten uitbreidde. De groep stelde vast dat een onbekende kracht - donkere energie genoemd - tegen het universum duwde in de schijnbare leegte van de ruimte en het momentum versnelde; de bevindingen van de wetenschappers leverden natuurkundigen Adam Riess, Brian Schmidt en Saul Perlmutter de Nobelprijs voor natuurkunde op in 2011.
Modellen van de kracht die nodig is om de versnellende uitdijingssnelheid van het universum te verklaren, suggereren dat donkere energie tussen 70% en 75% van het universum moet uitmaken. Ondertussen is donkere materie goed voor ongeveer 20% tot 25%, terwijl naar schatting minder dan 5% van het universum zogenaamd gewone materie - de dingen die we daadwerkelijk kunnen zien - goed is, zei Bahcall.
Gezien het feit dat donkere energie ongeveer driekwart van het universum uitmaakt, vertelde astrofysicus Mario Livio, toen hij het Space Telescope Science Institute aan de Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, begrijpt dat het de grootste uitdaging is voor wetenschappers van vandaag, tegen WordsSideKick.com-zustersite Space.com in 2018.
"Hoewel donkere energie in het verleden geen grote rol heeft gespeeld in de evolutie van het universum, zal het in de toekomst de dominante rol spelen", zei Livio. 'Het lot van het universum hangt af van de aard van donkere energie.'
