Voorstelling van grootschalige baryonische accoustische oscillaties in het vroege heelal. Credit: LBNL
Recent is met de Dark Energy Survey (DES) in Zuid-Amerika de omvang van de zogeheten Baryonische Accoustische Oscillaties (BAO’s) gemeten op het moment dat het heelal zo’n zeven miljard jaar oud was, dat is halverwege haar huidige leeftijd. Bij DES maken ze gebruik van de 570 Megapixel Dark Energy Camera (DECam), die verbonden is aan de 4m Víctor M. Blanco telescoop van het Cerro Tololo Inter-American Observatorium in Chili. Tussen 2013 en 2019 werd daarmee 1/8e van de gehele hemel in vier kleuren gefotografeerd.
Ze worden BAO’s genoemd, de zogeheten Baryonische Accoustische Oscillaties, golven in het hete plasma in het vroege heelal (vóór het moment van het oppervlak van de laatste verstrooing, 380.000 jaar na de oerknal), die zich als uitdijende geluidsgolven in een medium gedroegen en die zich vanuit een centraal punt naar buiten toe verspreidden. Die golven met verhoogde dichtheid in het plasma breiden zich uit tót het moment dat het plasma door het uitdijende heelal zo ver was afgekoeld dat de elektronen en atoomkernen konden fuseren tot neutrale atomen, hetgeen 380.000 jaar na de oerknal gebeurde, toen het plasma 3000K heet was.
Toen stopten die BAO’s met groeien en hadden ze een bepaalde grootte, die als het ware ‘bevroor’. Omdat de dichtheid in de golven groter was dan elders groeiden die golven later uit tot de plekken waar zich meer sterrenstelsels zich bevinden en het zijn die BAO’s die in 2005 voor het eerst werden ontdekt. De grootte van de BAO’s is circa 490 miljoen lichtjaar. Dat is groter dan 380.000 jaar na de oerknal, maar dat kan verklaard worden uit de uitdijing van het heelal. Daarmee vormen de BAO’s een uitstekend hulpmiddel om afstanden in het heelal en daarmee ook de uitdijingssnelheid van het heelal te meten.
Sterrenstelsels op halverwege de leeftijd van het heelal (roodverschuiving z∼0,85) merken ook iets van de BAO’s, dat wil zeggen dat er iets meer kans is dat ze zich in de oscillatie of cirkel bevinden dan daarbuiten. En dat is nu precies wat ze met DES gemeten hebben en wel met een nauwkeurigheid van 2%: sterrenstelsels op zeven miljard lichtjaar afstand hebben een neiging om zich met een schijnbare afstand van 2,9° aan de hemel te positioneren. Met andere woorden: die BAO’s van 490 miljoen lichtjaar doorsnede zorgen er voor dat sterrenstelsels halverwege de leeftijd van het heelal grotere kans hebben dat ze 2,9° van elkaar staan gezien vanaf de aarde. De maan is schijnbaar een halve graad groot, dus zouden we de BAO’s van zeven miljard jaar terug met ons blote oog kunnen zien dan zouden ze zo groot zijn als zes volle manen.
Het signaal van de BAO’s in de gegevens van DES. . Credit: Dark Energy Survey Collaboration
De grootte van de BAO’s is gemeten door met DES 18 miljoen sterrenstelsels te meten. Alle sterrenstelsels werden met zorg uitgekozen, zodat ze een goed beeld geven van hoe het heelal was toen het halverwege z’n huidige leeftijd was. Opmerkelijk is dat de gemeten omvang van de BAO’s iets afwijkt van wat de voorspelling op grond van ‘Planck gegevens’ zegt, d.w.z. gemeten met de Europese Planck satelliet: de BAO’s volgens DES zijn 4% groter dan de voorspelde grootte volgens Planck – in de grafiek hieronder is de horizontale 1-lijn de Planck-standaard. De kans dat dit verschil statistische ruis is en verdwijnt bij nauwkeuriger metingen is 5%. Als het géén ruis is zou het kunnen betekenen dat donkere energie mogelijk niet constant is, maar dat het verandert met de tijd.
Credit: Dark Energy Survey Collaboration
Meer informatie over de metingen met DES aan de BAO’s vind je in het vakartikel ‘Dark Energy Survey: A 2.1% measurement of the angular Baryonic Acoustic Oscillation scale at redshift zeff=0.85 from the final dataset‘, te verschijnen in PRD.
Bron: Phys.org.
Speak Your Mind