Dit zou het mysterie van de hubbleconstante namelijk voor eens en voor altijd kunnen oplossen.
Het is al geruime tijd bekend dat het universum uitdijt. Om te berekenen hoe snel dat gebeurt, maken onderzoekers gebruik van de zogeheten hubbleconstante; de kosmologische parameter die de absolute schaal, grootte en leeftijd van het universum bepaalt. Het is een van de meest directe manieren om erachter te komen hoe het universum evolueert. Er bestaat echter onenigheid over de werkelijke omvang van de hubbleconstante, omdat diverse meetmethoden tegenstrijdige waarden hebben opgeleverd. Deze kwestie is dan ook een groot raadsel waar kosmologen mee worstelen. Maar in een nieuwe studie stellen onderzoekers een nieuwe oplossing voor: een alternatieve zwaartekrachttheorie die moeiteloos de tegenstellingen in de gemeten waarden verklaart.
Sterrenstelsels
De uitdijing van het heelal zorgt ervoor dat sterrenstelsels van elkaar wegtrekken. De snelheid van deze beweging is proportioneel aan de afstand tussen de sterrenstelsels. Als sterrenstelsel A bijvoorbeeld twee keer zo ver van de aarde verwijderd is als sterrenstelsel B, neemt de afstand tot ons ook twee keer zo snel toe. Edwin Hubble, een Amerikaanse astronoom, was een van de pioniers die dit verband ontdekte.
Hubbleconstante
Om te achterhalen hoe snel twee sterrenstelsels zich van elkaar verwijderen, is het dus essentieel om te weten wat de afstand tussen hen is. Deze afstand moet echter vermenigvuldigd worden met een constante factor. Deze factor staat bekend als de hubbleconstante. De waarde van deze constante kan worden vastgesteld door te kijken naar de uiterst verre gebieden van het heelal. Op basis daarvan wordt een snelheid berekend. En die bedraagt bijna 244.000 kilometer per uur per megaparsec afstand (waarbij één megaparsec iets meer dan drie miljoen lichtjaar is).
Supernova’s
“Maar, we kunnen ook kijken naar hemellichamen die veel dichterbij zijn, zoals de zogenaamde categorie 1a supernova’s, een specifiek type exploderende ster,” legt onderzoeker Pavel Kroupa uit. Het is mogelijk om de afstand van zo’n supernova tot de aarde zeer nauwkeurig te meten. We weten ook dat heldere objecten van kleur veranderen wanneer ze zich van ons verwijderen – en hoe sneller ze bewegen, hoe opvallender deze verandering is. Dit fenomeen lijkt op het geluid van een ambulance, waarvan de sirene dieper klinkt naarmate de ambulance zich van ons verwijdert.
Discrepantie
Wanneer we nu de snelheid van de 1a supernova’s berekenen op basis van hun kleurverschuiving en dit in verband brengen met hun afstand, verkrijgen we een andere waarde voor de hubbleconstante – namelijk iets minder dan 264.000 kilometer per uur per megaparsec afstand. Een opvallende discrepantie. “Het lijkt erop dat het universum in onze nabije omgeving – tot een afstand van ongeveer drie miljard lichtjaar – sneller uitdijt dan het universum als geheel,” zegt Kroupa. “Dat zou eigenlijk niet het geval moeten zijn.”
Oplossing
Al jarenlang breken astronomen zich het hoofd over deze discrepantie. Maar Kroupa denkt nu eindelijk het fenomeen te kunnen verklaren. Volgens een nieuwe theorie bevindt de aarde zich in een regio van de ruimte waar relatief weinig materie aanwezig is, vergelijkbaar met een luchtbel in een cake. Het zou betekenen dat wij dus eigenlijk in een gigantische leegte zouden leven. De dichtheid van materie is vervolgens hoger rondom deze bel. Hieruit resulteren zwaartekrachtskrachten die voortkomen uit de omringende materie, die de sterrenstelsels in de bel naar de randen van de holte trekt. “Hierdoor bewegen de sterrenstelsels zich sneller van ons weg dan verwacht wordt,” legt onderzoeker Indranil Banik uit. “De discrepantie zou daarom gemakkelijk kunnen worden verklaard door een lokale ‘onderdichtheid’.”
Onderdichtheid
De onderzoekers zijn ervan overtuigd dat hun nieuw voorgestelde zwaartekrachttheorie klopt. Een onlangs uitgevoerde studie zou dat volgens hen ook onderschrijven. In dit onderzoek maten astronomen de gemiddelde snelheid van talrijke sterrenstelsels die zich op een afstand van 600 miljoen lichtjaar van ons vandaan bevinden. “Ze ontdekten dat deze sterrenstelsels zich vier keer sneller van ons verwijderen dan wat het standaardmodel van de kosmologie toestaat,” aldus onderzoeker Sergij Mazurenko. Dit zou volgens hem komen doordat het standaardmodel geen rekening houdt met onderdichtheden of ‘bellen’. Volgens het model zou de materie gelijkmatig verdeeld moeten zijn in de ruimte. Als dat echter het geval is, is het lastig om uit te leggen wat ervoor zorgt dat deze sterrenstelsels zich zo snel verplaatsen.
Aangepaste newtoniaanse dynamica
Volgens de onderzoekers zouden we dus heel anders naar het standaardmodel moeten kijken. “Het standaardmodel is gebaseerd op een theorie over de aard van de zwaartekracht voorgesteld door Albert Einstein,” vertelt Kroupa. “Maar de zwaartekrachtskrachten kunnen zich anders gedragen dan Einstein verwachtte.” De onderzoekers hebben een aangepaste theorie over zwaartekracht gebruikt in hun computermodel. Deze aangepaste theorie, bekend als de ‘aangepaste newtoniaanse dynamica’ (afgekort als MOND), werd zo’n vier decennia geleden voorgesteld door de Israëlische natuurkundige Mordehai Milgrom. Deze theorie wordt tegenwoordig beschouwd als een ‘outsider-theorie’. “Maar in onze berekeningen voorspelt MOND wel nauwkeurig het bestaan van ‘bellen’,” aldus Kroupa.
Als we zouden aannemen dat de zwaartekracht zich werkelijk gedraagt volgens de ideeën van Milgrom, zou het mysterie van de hubbleconstante dus voor eens en voor altijd zijn opgelost. In dat geval zou er eigenlijk maar één constante zijn die de uitbreiding van het universum beschrijft, en de waargenomen afwijkingen zouden het gevolg zijn van onregelmatigheden in de verdeling van materie. Het zou de hardnekkige discrepantie waar onderzoekers zich al jaren het hoofd over breken, dan ook kunnen verklaren. Een aantrekkelijke theorie, die een antwoord geeft op één van de grootste raadsels in de kosmologie.
