Recent onderzoek heeft de gevestigde overtuiging uitgedaagd dat het universum zijn expansie versnelt. Astronomen van de Yonsei Universiteit in Zuid-Korea hebben de leeftijdseffecten van sterrenpopulaties op gegevens van supernova’s van type Ia gecorrigeerd en hebben ontdekt dat donkere energie mogelijk aan kracht verliest. Dit suggereert dat het universum al is begonnen met het vertragen van zijn expansie.
Het onderzoek, gepubliceerd in de maandelijkse meldingen van de Royal Astronomical Society, stelt dat de kosmische groei mogelijk al aan het afnemen is. Deze bevindingen vegen de vloer aan met een veelgeprezen theorie die stelt dat een mysterieus kracht — ‘donkere energie’ — sterrenstelsels steeds sneller van elkaar afast. In tegenstelling tot deze aanname, rapporteren de onderzoekers dat er geen duidelijke aanwijzingen zijn dat de expansie tegenwoordig nog versnelt. Als deze bevindingen worden bevestigd, zouden ze de manier waarop wetenschappers naar donkere energie kijken ingrijpend kunnen veranderen en mogelijk het ‘Hubble-spanning’ probleem oplossen.
Volgens de teamleider, professor Young-Wook Lee, laat het onderzoek zien dat het universum zich al in een fase van vertraagde expansie bevindt, en dat donkere energie zich sneller ontwikkelt dan eerder gedacht. “Als deze resultaten worden bevestigd, is dit een aanzienlijke paradigmawisseling in de kosmologie sinds de ontdekking van donkere energie 27 jaar geleden,” voegde hij eraan toe.
Het idee dat de expansie van het universum versneld wordt door donkere energie, is bijna drie decennia lang de heersende gedachte geweest, gesteund door metingen van verre supernova’s van type Ia, waarvoor in 2011 de Nobelprijs voor de Natuurkunde werd uitgereikt. Echter, het team van Yonsei ontdekte bewijs dat deze basisaanname ondermijnt. Blijkbaar worden supernova’s van type Ia, die als ‘standaard kaarsen’ voor kosmische afstanden werden beschouwd, beïnvloed door de leeftijd van de sterrenpopulaties waaruit ze voortkomen. Zelfs na standaardisatie van de helderheid, bleken supernova’s afkomstig uit jonge sterrenpopulaties systematisch dimmer, terwijl die afkomstig uit oudere populaties helderder waren. Met behulp van een veel grotere gegevensset van 300 opgeslagen sterrenstelsels bevestigden de onderzoekers dit leeftijdsafhankelijkheidschema met een opmerkelijke statistische zekerheid (99.999%). Dit wijst erop dat de dimheid van verre supernova’s niet alleen voortkomt uit de expansie van het universum, maar ook uit verschillen in sterrevolutie.
Na correctie van deze ‘leeftijds bias’ voldeden de gecorrigeerde supernova-gegevens niet langer aan het standaard ΛCDM-model, dat een versnellend universum beschrijft door een kosmologische constante. In plaats daarvan stemden ze veel beter overeen met een model dat wordt ondersteund door het DESI-project (Dark Energy Spectroscopic Instrument), dat steunt op metingen van akoestische schommelingen van gewone materie (BAO) en op waarnemingen van de kosmische achtergrondstraling (CMB).
De gegevens van de gecorrigeerde supernova’s en de resultaten van BAO+CMB wijzen erop dat donkere energie in de loop van de tijd verzwakt en significant verandert. Het belangrijkste is dat, wanneer de onderzoekers de gecorrigeerde supernova-gegevens combineren met BAO en CMB, het standaard ΛCDM-model met hoge significantie wordt verworpen. De meest verrassende conclusie uit de gecombineerde analyse: het universum versnelt momenteel niet; het is al overgestapt naar een fase van vertraagde expansie.
Professor Lee voegde eraan toe: “In het DESI-project zijn de belangrijkste conclusies verkregen door gecorrigeerde supernova-gegevens te combineren met BAO-metingen, wat leidde tot de conclusie dat, terwijl het universum in de toekomst zal vertragen, het momenteel nog steeds versnelt. Onze analyse, die de leeftijds bias corrigeert, laat echter zien dat het universum al in een vertragingfase is. Opmerkelijk genoeg komt dit overeen met wat onafhankelijk werd voorspeld op basis van BAO alleen of van BAO+CMB, hoewel dit feit tot nu toe nauwelijks aandacht heeft gekregen.”
Om de bevindingen te verifiëren, voert het team van Yonsei momenteel een ‘evolutievrij experiment’ uit, dat uitsluitend gebruikmaakt van supernova’s uit jonge en uiteenlopende sterrenstelsels gedurende het volledige roodverschuiving bereik. De voorlopige resultaten ondersteunen al de belangrijkste conclusie. “In de komende vijf jaar, wanneer de Vera C. Rubin Telescope meer dan 20.000 nieuwe supernova-gaststelsels ontdekt, zullen exacte leeftijdsmetingen een veel solidere en bepalende test voor de supernova-kosmologie vormen,” zei professor Chul Chung, een van de hoofdonderzoekers samen met de promovendus Junhak Sun.
De Vera C. Rubin Telescope, gelegen op een bergtop in de Andes in Chili, herbergt de krachtigste digitale camera ter wereld. Het is dit jaar begonnen met wetenschappelijke activiteiten en zal antwoorden bieden op fundamentele vragen over ons zonnestelsel en het uitgestrekte universum. Na de oerknal en de snelle expansie van ongeveer 13,8 miljard jaar geleden, vertraagde de zwaartekracht de expansie. Echter, in 1998 werd vastgesteld dat negen miljard jaar na de start van het universum de expansie opnieuw begon te versnellen — een fenomeen dat aan donkere energie wordt toegeschreven.
De diepgaande puzzel van donkere energie blijft bestaan. Astronomen hebben de term ‘donkere energie’ bedacht — een component die naar schatting ongeveer 70% van de inhoud van het universum uitmaakt — maar de exacte aard ervan blijft een van de grote wetenschappelijke mysteriën. Vorig jaar suggereerden gegevens van DESI (in Tucson, Arizona) dat de kracht die donkere energie aandrijft in de loop van de tijd verandert — en sindsdien stapelen de aanwijzingen zich op. De hoop is dat astronomers met behulp van deze nieuwe tools dichter bij het begrijpen van de aard van donkere energie kunnen komen en hoe deze het universum vormt.
