23 augustus 2019

Leven we in een ωCMD heelal in plaats van een ΛCDM heelal?

Credit: Alex Mittelmann, Coldcreation, CC BY-SA 3.0

Hét model dat de laatste jaren het meest gangbaar was als verklaring voor de evolutie van het heelal vanaf het  ontstaan 13,8 miljard jaar geleden is het zogeheten Λ-CDM model. Dat model ontstond in 1998, nadat onafhankelijk van elkaar twee teams van sterrenkundigen met behulp van type Ia supernovae ontdekten dat het heelal versneld uitdijt (zie de afbeelding hieronder).

Credit: High-Z Supernovae collaboration / Supernova Cosmology project

De oorzaak van die versnelling werd al snel gevonden: donkere energie, een geheimzinnige energie die als een soort van vacuümenergie samenhangt met de ruimtetijd zelf en die constant zou zijn. Albert Einstein had zoiets tachtig jaar eerder ook al voorspelt, toen hij aan de hand van z’n Algemene Relativiteitstheorie poogde op papier een statisch heelal te krijgen, iets wat zonder een ‘Kosmologische constante’ maar niet lukte, want alle uitkomsten van z’n veldvergelijkingen leiden tot een expanderend óf krimpend heelal. Die Kosmologische constante Λ (Lambda) leverde ‘m wel een statisch heelal op. Maar tien jaar later kon die weer in de prullenbak, want Edwin Hubble ontdekte eind jaren twintig dat het heelal helemaal niet statisch is, maar dat het uitdijt. Einstein beschouwde de Kosmologische constante daarom als de grootste blunder van z’n leven.

De Hubble Ultra deep Field, een zeer diepe blik op het heelal. Credit: NASA/ESA.

Tot 1998 dus, toen ? als de comeback kid magistraal terug kwam in de vorm van donkere energie. En daarmee werd ? een belangrijke aanvulling op het toen heersende SCDM (Standaard CDM) model, het model dat er van uit ging dat er in het heelal niet alleen gewone materie en straling is, maar ook CDM, cold dark matter, donkere materie die langzaam beweegt (‘cold’ slaat op de snelheid waarmee het beweegt, ‘hot’ zijn deeltjes die met de lichtsnelheid reizen). Zo ontstond het ?-CDM model, dat nu twintig jaar later hét model van het heelal lijkt te zijn. Echter… er is een probleem met de twee componenten van het model: ten eerste is het bestaan van donkere materie dan wel indirect aangetoond (via z’n talrijke zwaartekrachteffecten), maar is directe detectie nog steeds niet gebeurd, ondanks talrijke pogingen wereldwijd. Ten tweede is er de zogeheten Hubble spanning, dat op een fundamenteel probleem lijkt te stuiten: waarnemingen aan de Hubble constante H0 – de maat waarmee de snelheid van de uitdijing van het heelal wordt weergegeven – laten zien dat H0 in het vroege heelal anders was dan tegenwoordig.

De Hubble spanning tussen de waarden voor Ho van het vroege heelal (links) en het tegenwoordige heelal (rechts).

Het is met name die Hubble spanning, die al vijf jaar lang gaande is en die door nieuwe metingen telkens weer bevestigd wordt, die er voor zorgt dat van het ?-CDM model de ? onder vuur ligt. Want waar lijkt die Hubble spanning op uit te draaien: dat de donkere energie vermoedelijk toch geen Kosmologische constante is, maar dat het een energie is die heel geleidelijk verandert. En dat heeft geleid tot het ontstaan van een nieuw heelalmodel, dat de laatste tijd vorm begint te krijgen en dat het ?-CMD model wordt genoemd. Die ? (omega) daarin staat voor de toestandsvergelijking (‘[equation of state’) van het heelal, waarbij er een relatie is tussen de druk p en dichtheid ? van het heelal via de volgende vergelijking: p=? ? c². Bij een Kosmologische constante ? is ? -1. Zou er helemaal geen donkere materie zijn, maar alleen gewone materie dan zou ? 0 zijn, maar dat lijkt uitgesloten gezien het indirecte bewijs dat er voor CDM is. Maar wat nou als ? een andere waarde dan -1 heeft? De laatste metingen aan de expansiesnelheid van het heelal met behulp van het HOLiCOW project geven verrassend de volgende resultaten:

Gecombineerd met de eerdere waarnemingen gedaan door de Europese Planck satelliet aan de kosmische microgolf-achtergrondstraling (da’s uit dat eerder genoemde ‘vroege’ heelal) zien we dat de meest aannemelijke waarde voor ? kleiner dan -1 is!  En dat wijst er op dat donkere energie helemaal niet constant is, maar dat het wellicht langzaam verandert. Eén van de alternatieven voor de Kosmologische constante is het model van de kwintessens, dus wellicht moeten we daar nog eens goed naar kijken. Bron: Francis Naukas (voor de historie van het Lambda CDM model) + In the Dark.

Reacties

  1. Is het is beide gevallen CDM? (zie een aantal keren CMD langskomen)

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: