25 mei 2022

Eridanus superleegte mogelijk de oorzaak van de koude plek in de kosmische achtergrondstraling

Credit: ESA/Durham University

De oerknal waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond heeft een achtergrond van straling (fotonen) achtergelaten die overal aan de hemel waarneembaar is en die een gemiddelde temperatuur van 2,72548 ± 0,00057 K heeft, zo’n -270 °C. Die kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB) werd in 1964 ontdekt en middels ruimtetelescopen zoals COBE, WMAP en Planck werden in de CMB minieme temperatuursverschillen ontdekt – zie de afbeelding hierboven – waarbij de koude (blauwe) plekken en warme (rode) plekken gemiddeld zo’n 18 μK verschillen van de gemiddelde temperatuur. Opvallend detail in de kaart van de CMB is die ene plek daar rechtsonder, die de CMB cold spot wordt genoemd en die niet alleen erg groot is, maar die ook zo’n 70 µK (0,00007 K) kouder is dan de gemiddelde CMB-temperatuur. De koude plek is pakweg 5° groot aan de hemel, terwijl de andere fluctuaties allemaal een afmeting hebben van ongeveer 1°. Vraag is dan ook al heel lang wat die koude plek precies veroorzaakt, een ruis in de waarnemingen van de telescopen, een plek waar ons heelal botst met een ander heelal?

Maar nu lijkt er dan toch een goed en plausibel antwoord op te zijn gekomen. Sterrenkundigen zijn gedoken in de gegevens verzameld met de Dark Energy Survey (DES), de speurtocht die gebruik maakt van de Dark Energy Camera (DECam) verbonden aan de 4-meter Victor M. Blanco Telescoop van het Cerro Tololo Inter-American Observatorium (CTIO) in Chili. Met DES kijken ze niet naar de CMB, maar naar de clusters van sterrenstelsels en de leegten daartussen. Die clusters vormen een lange keten van aanééngeschakelde sterrenstelsels, een keten die een soort van kosmisch web vormt, een web waarvan de donkere materie op de achtergrond het onzichtbare geraamte vormt. Met DES keken Juan Garcia-Bellido (IFT-Madrid) en z’n collegae met name naar de zogeheten Eridanus superleegte, een enorme, sigaarvormige leegte in het heelal van 1,8 miljard lichtjaar lengte, die 2 miljard lichtjaar van ons verwijderd is en die zo’n 30% minder materie bevat dan de clusters aan de randen van de leegte. Met DES hebben ze de zwaartekrachtlenzen van de Eridanus superleegte bestudeerd, de afbuiging van licht van achter de leegte liggende objecten, waarmee ze een indruk kregen van de verdeling van materie én donkere materie in de leegte. Het resultaat daarvan zie je in de afbeelding hieronder.

Credit: Gergö Kránicz and András Kovács

De ‘onderdichtheid’ die men eerder vond in de hoeveelheid sterrenstelsels in de Eridanus superleegte (die genoemde 30% minder materie) blijkt ook te bestaan in de hoeveelheid donkere materie in de leegte. De kosmische leegten [1]Hier een lijstje met de grootste leegten in het heelal, waarvan de Eridanus superleegte de grootste is, kunnen ‘dieper’ worden door de strijd die er in het heelal is tussen de zwaartekracht, die de neiging heeft alles aan te trekken, en de donkere energie, die juist het omgekeerde wil, alles afstoten. De laatste paar miljard jaar heeft de donkere energie (Λ in het standaard ΛCDM model van het heelal) de overhand boven de zwaartekracht en dat zorgt niet alleen voor een versnelling in de uitdijing van het heelal, maar ook in het dieper worden van die leegten. Fotonen van de CMB (daterend van 380.000 jaar na de oerknal) die onderweg naar de aarde zo’n leegte in gaan en die daar vervolgens weer uit gaan verliezen netto daardoor iets energie, hetgeen het Integrated Sachs-Wolfe (ISW) effect wordt genoemd. Maar wat blijkt: uitgaande van het ΛCDM-model kan slechts ongeveer 10-20 procent van de waargenomen temperatuurdaling in de Eridanus superleegte worden verklaard via het ISW-effect. Wat de rest van die temperatuursdaling heeft veroorzaakt is niet bekend.

Hiermee wordt DES uitgevoerd. Credit: Reidar Hahn, Fermilab

De Eridanus superleegte ligt in de richting van de CMB cold spot, zoals uit te zien is aan de afbeelding met de Planck-inzet linksboven. Het is dan ook verleidelijk om direct te concluderen dat die twee met elkaar te maken hebben, maar dat gaat op dit moment nog een stap te ver. Er blijft een probleem bestaan en dat is deze: ofwel het ΛCDM-model is correct en de CMB Cold Spot is een extreme anomalie die toevallig een enorme superleegte voor zich heeft liggen gezien vanaf de aarde, ofwel het ΛCDM-model onjuist en het geïntegreerde Sachs-Wolfe-effect is in superleegten sterker dan verwacht. Dat laatste zou dan betekenen dat de donkere energie sterker is dan gedacht en dat het heelal mogelijk nóg sneller uitdijt dan gedacht. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan de Eridanus superleegte met DES, verschenen in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Fermilab.

References

References
1 Hier een lijstje met de grootste leegten in het heelal

Speak Your Mind

*

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