Astronomen
luisteren naar muziek van de schepping
Gedetailleerde
data bevestigen inflatietheorie en vlak heelal - 02-05-2001
De
meest gedetailleerde opnamen die ooit van de kosmische achtergrondstraling
werden gemaakt, bevestigen de belangrijkste pijlers waarop de theorie
over het ontstaan van het heelal is gebaseerd. Dat betekent dat het
heelal ooit kleiner was dan een atoom, maar daarna zo snel groeide
dat de echo’s van die explosieve jeugd nog steeds te horen zijn.
Toen
eenmaal was vastgesteld dat het heelal steeds groter wordt, werd al
snel geopperd dat alles begonnen kon zijn van een klein puntje met
een oneindige dichtheid, een singulariteit. De ontploffing van dit
punt was zo groot, dat het heelal zich nog steeds aan het uitbreiden
is als gevolg ervan. Niet iedereen kon zich in deze ideeën vinden,
maar de term ‘Big Bang’, gelanceerd om de theorie belachelijk te maken,
werd door het publiek gesmaakt en werd ook overgenomen door de voorstanders
ervan. Gaandeweg werden meer gegevens verzameld die de
Oerknaltheorie tot een algemeen aanvaard model maakte van het
ontstaan van het heelal.
Dat betekende echter niet dat er geen problemen waren met de Big Bang.
Hoe kan het , bijvoorbeeld dat het heelal er in alle richtingen min
of meer hetzelfde uitziet, ook al kan licht nooit van de ene naar
de andere kant zijn gereisd? Daar is het heelal immers te groot voor,
of de lichtsnelheid te laag. Maar hoe ‘weten’ tegenovergestelde gebieden
van het heelal hoe ze zich moeten gedragen, als ze elkaar nooit gezien
kunnen hebben?
En dat was lang niet alles. Naast dit ‘horizonprobleem’,
was er ook het ’probleem
van een vlak heelal’. Alles wijst erop dat we in een vlak heelal
leven, en dus niet in een open of gesloten universum. Dat bepaalt
ook hoe de toekomst er uit zal zien: een gesloten heelal krimpt na
verloop terug in tot de ‘eindkrak’, een open heelal blijft maar uitdijen,
ook als alle sterren al lang uitgedoofd zijn. Een vlak heelal blijft
balanceren tussen uitdijing en inkrimping. Dat het heelal vlak is,
betekent dat de dichtheid van het heelal precies één is, de kritische
dichtheid. Maar als het heelal zich nog steeds aan het uitbreiden
is als gevolg van de Oerknal, dan is het onwaarschijnlijk dat die
dichtheid onveranderd is gebleven en nog steeds één is.
Het Big Bang-model kon lang niet alle vragen beantwoorden, en kon
het ontstaan van het heelal niet naar behoren verklaren. De
inflatietheorie lostte in de jaren ‘80 bovenstaande problemen
in één klap op. Inflatie slaat dan op een periode van exponentiële
groei, waarin de grootte van het heelal toenam met een snelheid die
groter is dan die van het licht. In een fractie van een seconde groeide
het universum van een onooglijk deeltje, kleiner dan een proton, tot
iets wat zo groot is als een flinke watermeloen. Dat betekent overigens
niet dat Einsteins bewering dat niets sneller dan het licht kan reizen
fout zou zijn. Er beweegt zich hier immers niets sneller dan het licht
door de ruimtetijd, het is de ruimtetijd zelf die sneller dan het
licht wordt uitgerokken.
Het horizonprobleem is hier alvast mee van de baan, want dat delen
van het heelal nu verder uit elkaar liggen dan de afstand die het
licht sinds het ontstaan van het heelal heeft kunnen afleggen, betekent
niet dat deze delen nooit met elkaar in contact kwamen. Integendeel,
ze werden pas gescheiden door de groei tijdens de inflatieperiode.
En ook aan het probleem van het vlakke heelal werd verholpen, want
door het inflatieprocess wordt de ruimtetijd als het ware vlak gestreken,
en wordt de kritische dichtheid automatisch één, wat er ook de aanvangswaarde
van was.
Dat klinkt allemaal mooi, en de kosmologische gemeenschap was er dan
ook opgetogen over, maar het bleef een theorie, want veel bewijsmateriaal
was er niet. Het is ook niet makkelijk sporen terug te vinden van
een voorval dat 15 miljard jaar geleden plaatsvond, en dan nog in
omstandigheden die niemand goed begrijpt.
Gelukkig laat de inflatietheorie ook voorspellingen toe, en kunnen
deze getoetst worden aan de werkelijkheid. Dat is precies wat drie
wetenschappelijke teams onafhankelijk van elkaar hebben gedaan, en
alledrie komen ze tot eenzelfde conclusie. Wat de inflatietheorie
voorspelt, is ook wat wordt waargenomen.
Een eertse team gebruikte DASI de Degree
Angular Scale Interferometer, een apparaat dat op de noordpool
staat opgesteld. De gegevens die het heeft verzameld, geven een idee
van de temperatuurverschillen in het heelal toen dat nog maar 400.000
jaar oud was. Dat is de Kosmische
Achtergrondstraling het overblijfsel van de Oerknal, die in alle
richtingen dezelfde temperatuur lijkt te hebben 2,7 graden boven het
absolute nulpunt. Helemaal gelijk is de verdeling echter niet en de
data verzameld door DASI leveren een beeld op van drie steeds zwakker
wordende pieken, veroorzaakt door de schokgolven van de Oerknal. Precies
zoals voorspeld door de inflatietheorie.
Een tweede team gebruikte de spectaculaire balonnen van het BOOMERANG-project,
een vrolijk acroniem voor Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic
Radiation ANd Geophysics. De ballonnen brengen de instrumenten tot
een hoogte van 37 kilometer om, net als DASI, de Kosmische
Achtergrondstraling in kaart te brengen. Dat doet ook MAXIMA,
voor niet-Nederlanders nog steeds de Millimeter Anisotropy eXperiment
IMaging Array. Deze opereert niet boven de Noordpool als de andere
twee instrumenten, maar bekijkt de overblijfselen van de Oerknal boven
het Amerikaanse vasteland. Ook Maxima en Boomerang vinden de drie
voorspelde ‘rimpelingen’.
De inflatietheorie doorstaat deze drievoudige toets dus met glans.
Bovendien kan ook een ander meningsverschil met deze gegevens worden
beslecht. Sommige astronomen beweren immers dat slechts 4% van alle
massa zichtbaar is in de vorm van sterren, planeten en andere zichtbare
materie, terwijl andere zweren dat het om 5% gaat. Een statistisch
significant verschil, dus het gaat niet alleen om gelijkhebberij.
De uitkomst op basis van de nieuwste gegevens lijkt wel Belgisch:
er is 4,5% gewone materie in ons heelal.
(DdV)
Aansluitende artikels:
Bestaan
donkere energie steeds waarschijnlijker - 05-04-2001
Vroege
heelal vol zwarte gaten - 14-03-2001
Einsteins
‘grootste blunder’ toch correct? - 03-10-2000
Related links:
BOOMERANG
DASI
De
Oerknal
De
inflatie-theorie
©
David de Vaal
