Toen het universum nog maar één miljard jaar oud was, ging de tijd maar liefst vijf keer zo langzaam als nu. Dat blijkt uit de ingewikkelde ‘tijdklokcodes’ van quasars die voor het eerst zijn gekraakt door astronomen. Na observatie van 190 quasars blijkt wederom dat Einstein het bij het rechte eind had.
Australische wetenschappers gebruikten telescoopdata om extreem diep in het heelal te kijken naar het gedrag van verre quasars. Een quasar is een superzwaar zwart gat in het midden van een heel ver, actief sterrenstelsel, die zich als een soort klok gedraagt. Deze gigantische ruimteobjecten hebben een schijf om zich heen die materie, licht en straling uitzendt en daarom extreem helder is. Het team analyseerde de lichtsignalen van verschillende golflengtes, afkomstig uit een ver verleden. Zo bewezen ze een belangrijk onderdeel van Einsteins algemene relativiteitstheorie en lieten ze zien hoe het universum en de tijd vanaf de Big Bang in de praktijk uitdijen.
Alles is relatief
“Als we terugkijken in de tijd naar het moment waarop het heelal nog maar 1 miljard jaar oud was, dan gaat de tijd vijf keer zo traag, vanuit ons gezichtspunt gezien”, vertelt hoofdonderzoeker professor Geraint Lewis uit Sydney. “Als je daar in het piepjonge universum zou zijn, dan is er voor je gevoel niets aan de hand, een seconde voelt gewoon aan als een seconde. Maar als je vanuit het heden en vanuit onze positie kijkt, meer dan 12 miljard jaar later, dan lijkt het erop dat de vroege tijd sterk is vertraagd.”
Vroeger ging alles in slowmotion
Lewis en zijn Nieuw-Zeelandse collega Brendon Brewer hebben de observatiedata van bijna tweehonderd quasars geanalyseerd, die ooit de centra vormden van vroege sterrenstelsels. “Dankzij Einstein weten we dat tijd en ruimte met elkaar verweven zijn. En dat al sinds het begin van de tijd, startend in de singulariteit van de Oerknal, het universum aan het uitdijen is. Dit betekent dat onze observaties van het vroege universum een stuk trager zouden moeten lijken voor ons, dan de snelheid waarmee de tijd vandaag de dag verstrijkt. We hebben in deze studie tot ongeveer 1 miljard jaar na de Big Bang teruggekeken en de relatieve snelheidsverandering van de tijd heel precies kunnen bepalen”, zegt Lewis.
Kosmische vuurwerkshow
Uit eerder astronomisch onderzoek bleek al dat het universum, toen het nog maar half zo oud was als nu, in slowmotion voortschreed. Hiervoor werden supernova’s, oftewel het verschijnsel dat een ster op spectaculaire wijze explodeert en daarbij een enorme hoeveelheid licht uitstraalt, gebruikt als ‘standaardklok’. Maar ondanks de gigantische felheid van supernova’s zijn ze toch moeilijk te observeren op de extreme afstanden die nodig zijn om een kijkje te kunnen nemen in het vroege heelal. Dit lukt nu wel bij quasars. De tijdshorizon kan zo liefst 90 procent worden teruggedraaid. “Supernova’s geven een enkele lichtflits af, waardoor ze makkelijker te bestuderen zijn. Quasars zijn meer complex, alsof er een enorme vuurwerkshow gaande is”, legt professor Lewis uit. “We hebben deze vuurwerkshow kunnen ontcijferen en bewezen dat ook quasars gebruikt kunnen worden als standaardklok om het gedrag van tijd in het verre verleden te onderzoeken.”
‘Standaardklok’
De quasardata omvatten twee decennia aan lichtsignalen. De onderzoekers combineerden de verschillende golflengtes in de kleuren groen, rood en infrarood, en waren zo in staat om een gestandaardiseerd ‘tikken’ van de ‘klok’ van elke afzonderlijke quasar te bepalen. Met behulp van statistische analyse kwamen ze achter de precieze expansie van het universum, die uit het tikken van de quasars viel op te maken. “Met deze fantastische data is het ons gelukt om erachter te komen hoe het klokje van elke quasar tikt. Zo konden we de invloed van het uitdijende heelal berekenen”, aldus Lewis.
Einstein had gelijk
De uitkomsten bevestigen Einsteins theorie van een uitdijend universum, maar gaan in tegen eerdere studies die geen uitdijing van de tijd konden vaststellen door middel van verre quasars. “Door eerdere studies vroegen we ons af of quasars wel echte ruimteobjecten zijn. Er rezen zelfs twijfels over het hele idee van een uitdijend heelal. Maar met deze nieuwe data en analyses is het ons gelukt om alle twijfel weg te nemen. We hebben de moeilijk te ontcijferen ‘vuurwerkshow’ gekraakt en weten nu hoe de quasars ‘tikken’. Ze gedragen zich precies zoals Einsteins relativiteitstheorie heeft voorspeld”, besluit Lewis.
