Afbeelding tegoed: Chandra
Donkere energie. Bestaat het en wat zijn de eigenschappen ervan? Met behulp van clusterclusterbeelden van NASA's Chandra X-ray Observatory hebben astronomen een krachtige, nieuwe methode toegepast voor het detecteren en onderzoeken van donkere energie. De resultaten bieden intrigerende aanwijzingen over de aard van donkere energie en het lot van het heelal. Het Marshall Center beheert het Chandra-programma.
Foto: samengesteld beeld van de melkwegcluster Abell 2029 (optisch: NOAO / Kitt Peak / J.Uson, D.Dale; röntgenfoto: NASA / CXC / IoA / S.Allen et al.)
Astronomen hebben donkere energie gedetecteerd en onderzocht door een krachtige, nieuwe methode toe te passen die gebruik maakt van afbeeldingen van sterrenstelselclusters gemaakt door NASA's Chandra X-ray Observatory. De resultaten volgen de overgang van de uitdijing van het heelal van een vertragende naar een versnellende fase enkele miljarden jaren geleden, en geven intrigerende aanwijzingen over de aard van donkere energie en het lot van het heelal.
"Donkere energie is misschien wel het grootste mysterie in de natuurkunde", zegt Steve Allen van het Institute of Astronomy (IoA) van de University of Cambridge in Engeland, en leider van de studie. "Als zodanig is het uiterst belangrijk om een onafhankelijke test uit te voeren op het bestaan en de eigenschappen ervan."
Allen en zijn collega's gebruikten Chandra om 26 clusters van sterrenstelsels te bestuderen op afstanden die overeenkomen met lichte reistijden van één tot acht miljard jaar. Deze gegevens omvatten de tijd dat het heelal vertraagde vanaf zijn oorspronkelijke expansie, voordat het weer versnelde vanwege het afstotende effect van donkere energie.
"We zien direct dat de uitdijing van het heelal versnelt door de afstanden tot deze melkwegclusters te meten", zei Andy Fabian ook van de IoA, een co-auteur van de studie. De nieuwe Chandra-resultaten suggereren dat de donkere energiedichtheid niet snel verandert met de tijd en zelfs constant kan zijn, in overeenstemming met het concept 'kosmologische constante' dat voor het eerst werd geïntroduceerd door Albert Einstein. Als dat zo is, wordt verwacht dat het heelal voor altijd zal blijven uitbreiden, zodat in vele miljarden jaren slechts een klein deel van de bekende sterrenstelsels waarneembaar zal zijn.
Als de donkere energiedichtheid constant is, zou een dramatischer lot voor het heelal worden vermeden. Deze omvatten de "Big Rip", waar donkere energie toeneemt totdat sterrenstelsels, sterren, planeten en uiteindelijk atomen uiteindelijk uit elkaar worden gescheurd. De "Big Crunch", waarbij het heelal uiteindelijk op zichzelf instort, zou ook worden uitgesloten.
Chandra's sonde van donkere energie vertrouwt op het unieke vermogen van röntgenobservaties om het hete gas in clusters van sterrenstelsels te detecteren en te bestuderen. Uit deze gegevens kan de verhouding tussen de massa van het hete gas en de massa van de donkere materie in een cluster worden bepaald. De waargenomen waarden van de gasfractie zijn afhankelijk van de veronderstelde afstand tot de cluster, die op zijn beurt afhangt van de kromming van de ruimte en de hoeveelheid donkere energie in het universum.
Omdat melkwegclusters zo groot zijn, wordt aangenomen dat ze een redelijk voorbeeld zijn van de materie-inhoud in het universum. Als dat zo is, dan zouden de relatieve hoeveelheden heet gas en donkere materie voor elk cluster hetzelfde moeten zijn. Met deze aanname hebben Allen en collega's de afstandsschaal aangepast om te bepalen welke het beste bij de gegevens past. Deze afstanden laten zien dat de uitdijing van het heelal eerst vertraagde en vervolgens ongeveer zes miljard jaar geleden begon te versnellen.
Chandra's waarnemingen komen overeen met supernovaresultaten, waaronder die van de Hubble-ruimtetelescoop (HST), die voor het eerst het effect van donkere energie op de versnelling van het heelal liet zien. Chandra's resultaten zijn volledig onafhankelijk van de supernovatechniek - zowel in golflengte als in de waargenomen objecten. Een dergelijke onafhankelijke verificatie is een hoeksteen van de wetenschap. In dit geval helpt het om eventuele resterende twijfels weg te nemen dat de supernova-techniek gebrekkig is.
"Onze Chandra-methode heeft niets te maken met andere technieken, dus ze vergelijken de aantekeningen absoluut niet, om zo te zeggen", zegt Robert Schmidt van de Universiteit van Potsdam in Duitsland, een andere co-auteur van het onderzoek.
Betere limieten voor de hoeveelheid donkere energie en hoe deze in de tijd varieert, worden verkregen door de röntgenresultaten te combineren met gegevens van NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), die observaties van de kosmische achtergrondstraling gebruikte om bewijs voor donkere energie te ontdekken in het zeer vroege heelal. Met behulp van de gecombineerde gegevens ontdekten Allen en zijn collega's dat donkere energie ongeveer 75% van het heelal uitmaakt, donkere materie ongeveer 21% en zichtbare materie ongeveer 4%.
Allen en zijn collega's benadrukken dat de onzekerheden in de metingen zodanig zijn dat de gegevens consistent zijn met donkere energie met een constante waarde. De huidige Chandra-gegevens laten echter de mogelijkheid toe dat de donkere energiedichtheid met de tijd toeneemt. Meer gedetailleerde studies met Chandra, HST, WMAP en met de toekomstige missie Constellation-X zouden veel preciezere beperkingen op donkere energie moeten opleveren.
"Totdat we de kosmische versnelling en de aard van de donkere energie beter begrijpen, kunnen we niet hopen de bestemming van het universum te begrijpen", zei onafhankelijke commentator Michael Turner van de Universiteit van Chicago.
Het team dat het onderzoek uitvoerde, omvatte ook Harald Ebeling van de Universiteit van Hawaï en wijlen Leon van Speybroeck van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Deze resultaten zullen verschijnen in een aanstaande uitgave van de Monthly Notices of the Royal Astronomy Society.
NASA's Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Beheert het Chandra-programma voor NASA's Office of Space Science, Washington. Northrop Grumman van Redondo Beach, Californië, voorheen TRW, Inc., was de belangrijkste aannemer voor de ontwikkeling van het observatorium. Het Smithsonian Astrophysical Observatory bestuurt de wetenschap en vluchtoperaties vanuit het Chandra X-ray Center in Cambridge, Massachusetts.
Aanvullende informatie en afbeeldingen zijn beschikbaar op:
http://chandra.harvard.edu/
en
http://chandra.nasa.gov/
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
