21 juni 2024

Ja hoor, daar is een nieuwe spanning: de bulkstroom-spanning

Perseus-cluster: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, G. Anselmi; CC BY-SA 3.0 IGO

Al enkele jaren kennen we in sterrenkundeland twee ‘spanningen’, waarbij sterrenkundigen van mening verschillen over de waarde van kosmologische parameters. De ene is de Hubble-spanning, waarbij het draait om H0, de Hubble constante waarmee de snelheid van de uitdijing van het heelal wordt weergegeven, de andere is de S8-spanning (a.k.a. de σ8-spanning), waarbij het draait om S8 en σ8, welke staan voor de mate van klonterigheid (Engels: clumpiness) van materie, zowel van gewone materie als donkere materie. Maar er is nog een derde spanning gaande, die minder bekend is, maar die ook draait om een kosmologisch onderwerp: de bulkstroom-spanning (Engels: bulk flow tension). Het draait bij die bulkstroom om de beweging van sterrenstelsels in een deel van het heelal. Zoals bekend zijn sterrenstelsels door de zwaartekracht met elkaar verbonden en zijn ze gegroepeerd in hiërarchische systemen, van de kleine groepen (zoals de Lokale Groep met Melkwegstelsel en Andromedastelsel) via de clusters tot superclusters. Bij de bulkstroom gaat het om de gemiddelde snelheid van de sterrenstelsels als gevolg van de gravitationele interactie tussen de stelsels, dus niet om de snelheid als gevolg van de uitdijing van het heelal (zie de illustratie hieronder).

Illustratie van de bulkstroom. Credit: Astrobites

Het heersende model van het heelal is het ΛCDM model, dat veronderstelt dat er donkere energie (Λ) en koude donkere materie (CDM) in het heelal is, welke bepalend zijn voor de ontwikkeling van het heelal. Hoe groot de bulkstroom ergens is hangt af van de verdeling van zowel gewone materie als donkere materie en de zwaartekracht tussen die materie. ΛCDM doet daar een voorspelling voor en het blijkt nu dat die voorspelling afwijkt van de metingen. In dit geval dus een verschil tussen theorie en praktijk, terwijl het bij de Hubble- en S8-spanning gaat om verschil tussen verschillende metingen (en daarmee mogelijk ook met de theorie als de verschillende metingen allen juist zijn).

In rood de snelheidsvectoren van de Lokale Groep in onze supercluster. De vectoren wijzen naar de Virgocluster en Fornax cluster, die ook deel uitmaken van de galactische supercluster. Credit: Wikimedia commons.

Sommige metingen wijzen op een hogere bulkstroom dan ΛCDM voorspelt. Een oplossing zou kunnen zijn dat wij in onze Lokale Groep leven in een ‘onderdichtheid’ (Engels: underdensity), een relatieve leegte in het heelal met minder sterrenstelsels dan in de dichtere gebieden met meer sterrenstelsels (zie de illustratie hieronder, de gele ster geeft dan onze positie aan in het midden van zo’n leegte of ‘void’. Omdat wij ons dan in het centrum van de leegte bevinden ondervinden we een sterke aantrekking tot de dichtere gebieden en dat levert dan een hogere gemeten bulkstroom op.

Credit: Moritz Haslbauer and Zarija Lukic.

Infraroodwaarnemingen wijzen er op dat de onderdichtheid waar ons Melkwegstelsel in zit een grootte heeft van 600 megaparsec, dat is bijna twee miljard lichtjaar – áls er een onderdichtheid is, want andere studies wijzen anders uit (een vierde spanning?). Ook dat is groter dan wat het ΛCDM model voorspelt. De onderdichtheid heeft ook gevolgen voor metingen aan de Hubble constante, dus er is ook een relatie met de Hubble-spanning. Een andere manier om de bulkstroom-spanning aan te pakken is te komen met alternatieve modellen voor ΛCDM. Zo heeft men recent onderzoek gedaan naar Neutrino Hot Dark Matter (\nuHDM), waarin sprake is van massieve steriele neutrino’s én van alternatieve zwaartekracht, MOND. Dat model levert weliswaar goede resultaten op qua overeenstemming met de gemeten bulkstroom, maar er rijzen dan wel weer nieuwe problemen, zoals met het te grote aantal superclusters en grote leegten die je dan krijgt. Kortom, hier is nog veel werk aan de winkel.

Meer info over de bulkstroom-spanning is te lezen in het vakartikel van Sergij Mazurenko, Indranil Banik, Pavel Kroupa, Moritz Haslbauer, A simultaneous solution to the Hubble tension and the bulk flow within 250 Mpc h-1, gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Bron: Astrobites.

Share

Speak Your Mind

*