Artistieke impressie van de groei van structuren in de materie in het heelal. Credit: Minh Nguyen, University of Michigan and Thanh Nguyen (spouse)
Sterrenkundigen verwachten een zekere groei aan de grootschalige structuren in het heelal: met een bepaalde snelheid zullen de dichtere gebieden waar zich de strerenstelsels bevinden nog dichter worden en de lege gebieden, waar zich minder sterrenstelsels bevinden, nog leger. Maar sterrenkundigen van de Universiteit van Michigan hebben nu iets verrassends ontdekt: de groei van die kosmische structuren gaat langzamer dan de theorie – dat is met name Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie (ART) – voorspelt. Sterker nog, naarmate de kracht van de donkere energie sterker wordt en de uitdijing van het heelal versneld is de ‘onderdrukking’ (Engels: supression) van de groei van de kosmische structuren nog sterker merkbaar!
Als sinds het allereerste begin van het heelal zijn er plekken met meer materie en plekken met minder materie. Dat is geleidelijk uitgegroeid tot een kosmisch web van lange filamenten van sterrenstelsels, met op de knooppunten van de filamenten de hoogste concentraties van sterrenstelsels, de centra van clusters en superclusters. Het geraamte van dat kosmische web wordt gevormd door donkere materie. Tussen de filamenten bevinden zich leegtes, waar de hoeveelheid sterrenstelsels een stuk minder is. De ART doet voorspellingen over hoe snel die grootschalige kosmische structuren gedurende de evolutie van het heelal groeien, een groei die het resultaat is van de twee krachten in werking, de aantrekkende werking van de zwaartekracht en de afstotende werking van de donkere energie. Maar recente waarnemingen door een team onder leiding van Minh Nguyen laten zien dat die voorspelling niet klopt, dat het langzamer gaat dan gedacht. Dat deden ze door naar verschillende kosmologische ‘sondes’ te kijken. eentje daarvan was de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB), de straling die het restant is van de hete oerknal 13,8 miljard jaar geleden. Een andere sonde werd gevormd door de zogeheten zwakke zwaartekrachtlenzen, als licht van ver verwijderde sterrenstelsels afgebogen wordt door sterrenstelsels tussen hen en de aarde in. De fotonen van de CMB vertelden Nguyen en zijn team iets over de snelheid van de groei van structuren in het vroege heelal, de zwaartekrachtlenzen deden dan over het late heelal. Uitkomst was dat alle sondes er op wijzen dat de groei langzamer gaat dan wat de ART voorspelt.
Cosmic structures grow slower than predicted by Einstein's Theory of General Relativity.
The combination of fσ8 and Planck measurements prefers an even higher growth index of γ=0.639.
Evidence for Suppression of Structure Growth in the Concordance Cosmological Model… https://t.co/rak5EzsNNe pic.twitter.com/JV7j88pM9t
— Ø Vazquez 🍯 (@ovaz1088) September 11, 2023
De groei van kosmische structuren wordt weergegeven door de zogeheten S8 of σ8 parameter, één van de parameters uit het vigerende ΛCDM model van het heelal. Al enkele jaren worden er uiteenlopende waarden gemeten voor S8, hetgeen bekend staat als de S8-spanning, iets wat grote gelijkenis heeft met de Hubble-spanning. De langzamere groei van de kosmische structuren in de late stadia van evolutie van het heelal zou de twee uiteenlopende waarden van S8 in overeenstemming met elkaar kunnen brengen! Dat is dus het goede nieuws van deze ontdekking. Maar dat brengt dan meteen de vraag met zich mee wat die vertraging van de groei veroorzaakt. Is er iets aan de hand met de donkere energie (Λ) en donkere koude materie (CDM) uit het ΛCDM model of is er iets met de ART aan de hand? Dat moet verder worden uitgezocht.
Meer informatie vind je in het vakartikel van Nhat-Minh Nguyen, Dragan Huterer, Yuewei Wen. Evidence for Suppression of Structure Growth in the Concordance Cosmological Model. Physical Review Letters, 2023; 131 (11).
Bron: Universiteit van Michigan.
