23 juni 2021

Massabepaling heelal levert een nieuw probleem op: de Sigma-Acht Spanning

credit: NASA/JPL/STScI Hubble Deep Field Team

Hoe zwaar is het heelal? Die vraag staat centraal in een onderzoek dat de ‘Kilo-Degree Survey‘ (KiDS) wordt genoemd. Samen met nog een ander onderzoek – de ‘VISTA Kilo-Degree Infrared Galaxy Survey‘ (VIKING) – hebben sterrenkundigen die simpele vraag proberen te beantwoorden. OK, eigenlijk mag je de vraag zo niet stellen, maar moet je ‘t hebben over de massa, hoeveel massa heeft het heelal. Al meer dan honderd jaar proberen sterrenkundigen de massa van ‘t heelal te meten en da’s best lastig, zeker als je weet dat het grootste deel onzichtbaar is, bestaat uit donkere materie. Maar daarvan kan je toch weten waar het zit en in welke hoeveelheden, want het heeft ook zwaartekrachtsinvloed en die is meetbaar met behulp van zwaartekrachtslenzen. En je kan het ook meten door naar de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB) te kijken, de restant-straling van de hete oerknal, waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond. Maar wat blijkt nu – en ik denk dat je ‘m al voelt aankomen: de resultaten tussen deze twee methodes geven verschillende waarden te zien!

Credit: H. Hildebrandt et al.

Bij de metingen draait het om de parameter genaamd sigma-acht, σ-8, die niet alleen de dichtheid van de materie in het heelal aangeeft, maar ook de mate waarin materie aan elkaar klontert [1]. Na waarnemingen met de twee onderzoeksmethodes aan 15 miljoen sterrenstelsels verspreid over een gebied van 350 vierkante graad aan de hemel komen de onderzoekers uit op σ-8=0,74 (de groene lijn hierboven). Maar wat zeggen de gegevens van de CMB, verzameld met de Europese planck-satelliet? Dat σ-8 0,81 is (het kleine rode gebiedje)! Er is een kans van slechts 1% dat het verschil tussen die twee waardes statistische ruis is.

Credit: Design Alex Mittelmann, Coldcreation

En dat lijkt erg veel op een andere spanning, waar de sterrenkundigen al meer dan vijf jaar mee worstelen: de Hubble-spanning, die gaat over de vraag hoe snel het heelal uitdijt. En net als bij die voortgaande discussie gaat het feitelijk om de vraag of er iets mis is met één van de twee gebruikte methodes óf dat er mogelijk sprake is van Nieuwe Natuurkunde, da’s natuurkunde die verder gaat dan het Standaard Model van de elementaire deeltjes en de natuurkrachten daartussen. De onderzoekers denken dat het laatste wel eens het geval zou kunnen zijn. Mogelijk is ook het vigerende kosmologische model, da’s het Lambda-CDM model, onjuist. Dat model gaat uit van een constante hoeveelheid donkere energie, maar het zou volgens Hildebrandt et al kunnen zijn dat die hoeveelheid langzaam varieert. Het boeiende is dat de twee spanningen, de Hubble-spanning en de σ-8 spanning, verband houden met elkaar: de vraag hoe snel het heelal uitdijt hangt namelijk sterk af van de vraag hoeveel massa dat heelal heeft (en daarmee hoeveel zwaartekracht die uitoefent). Spannend wat de oplossing gaat zijn!

Hier het vakartikel van H.Hildebrandt en z’n collega’s over de metingen aan Sigma-8, verschenen in Astronomy & Astrophysics 633 (2020): A69. Bron: Koberlein + Scientific American.

  1. Ik had σ-8 ook staan in mijn blog over de kosmologische parameters. Het is één van de afgeleide parameters. []

Comments

  1. Olaf van Kooten zegt

    “Spannend” artikel. Nee serieus, dit vind ik nou echt boeiende ehm….materie.

  2. Wybren de Jong zegt

    Volgens een artikel in de Newscientist, zijn er meerdere indicaties dat er meer dan 4 fundamentele natuurkrachten zijn. Het zijn slechts indicaties, nog lang geen bewijs. Maar dit probleem met Sigma-8 is ook weer zo’n indicatie.

  3. Martin zegt

    Als de wetenschap nu zo bezig is met deze materie, kan er dan niet even tussen door bewijs geleverd worden, dat er op een afstand van 6,9 miljard lichtjaar 8 maal zo veel massa per inhoud is als bij ons hier, dat zou dan bijna onomstotelijk bewijs zijn van de oerknal theorie, waar de oerknal nog een diameter heeft, die de helft is van wat het nu is en dus 8 maal zo compact hoort te zijn.

    • Er is al bijna omomstotelijk bewijs voor de oerknaltheorie. Dit is er pas eentje: via metingen aan ververwijderde sterrenstelsels is vast komen te staan dat de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling (CMB) daar hoger is. En met ‘daar’ bedoel ik natuurlijk ook ‘toen’: het licht van dit stelsel is bijna 12 miljard jaar geleden uitgezonden. We meten dan dus de temperatuur van het vroege heelal. Op grond van de oerknaltheorie wordt voor deze tijd een temperatuur van 9,315 (±0.007 K) verwacht. De analyse wees uit: 9.15 K (±0.72 K).

      Dat is behoorlijk onomstotelijk. Bron: https://www.aanda.org/articles/aa/full/2008/18/aa09727-08/aa09727-08.html

      Dit onderzoek is behoorlijk dichtbij jouw suggestie. Jouw suggestie kan alleen niet worden uitgevoerd, o.a. omdat een paar van je aannames niet juist zijn. Zo is het heelal gegroeid sinds de oerknal en correspondeert een afstand van 6,9 miljard lichtjaar niet met de helft van de diameter. Ook is het lastig om objecten te zien op een afstand die wel de helft van de diameter van het zichtbaar heelal vertegenwoordigt, want die objecten staan zo ver weg dat hun licht hier nog niet is aangekomen.

      https://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe

  4. Volgens onderstaande theorie is de som van de positieve en negatieve energie van het universum nul, immers het is uit het niets ontstaan (m.u.v. een kleine nogal storende kwantum fluctuatie). In dat geval is de netto massa ook nul 🙂 . https://en.wikipedia.org/wiki/Zero-energy_universe

Laat een antwoord achter aan Martin Antwoord annuleren

*

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

%d bloggers liken dit: