De studie veegt daarmee een lang aanvaarde theorie van tafel, waardoor we mogelijk ons huidige kosmologische model moeten herzien.

Astronomen zijn het er grotendeels met elkaar over eens dat de kosmos na de oerknal voortdurend uitdijde. Het betekent dat de afstand tussen sterrenstelsels in ons universum per seconde steeds een stukje groter wordt. Daarbij gaan wetenschappers er al decennia van uit dat het heelal zich in alle richtingen met dezelfde snelheid uitbreidt. Maar een nieuwe studie gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics veegt die lang aanvaarde theorie nu hardvochtig van tafel.

Rozijnencake
De uitdijing van het universum kun je nog het beste vergelijken met een rozijnencake. Terwijl de cake – die het heelal vertegenwoordigt – in de oven bakt en uitzet, bewegen de rozijnen – die kosmische objecten zoals sterrenstelsels voorstellen – van elkaar vandaan. Met een gelijkmatige mengsel zou de cake in alle richtingen op dezelfde manier uit moeten zetten, net als bij een isotroop universum. En daar gingen astronomen al decennia lang van uit.

Onderzoekers besloten de zogenaamde ‘isotroophypothese’ over het universum uit te dagen. Want klopt het eigenlijk wel dat het heelal gelijkmatig in alle richtingen uitdijt? “We hebben gekeken naar meer dan 800 clusters in het huidige heelal,” vertelt onderzoeker Konstantinos Migkas. “Als de isotroophypothese correct is, zouden de eigenschappen van de clusters overal hetzelfde zijn. Maar we zagen al gauw significante verschillen.”


Vier van de honderden clusters die in de studie werden geanalyseerd. Afbeelding: NASA/CXC/Univ. of Bonn/K. Migkas et al.

De astronomen gebruikten röntgen temperatuurmetingen van het extreem hete gas dat doordringt in de sterrenhopen en vergeleken de gegevens met hoe helder de sterrenhopen verschijnen. Clusters met dezelfde temperatuur en op een vergelijkbare afstand zouden er – volgens de theorie – even helder uit moeten zien. Maar dat is niet wat de onderzoekers opmerkten. “We zagen dat clusters met dezelfde eigenschappen en met vergelijkbare temperaturen in de ene richting veel minder helder leken dan verwacht, terwijl ze in een andere richting juist veel helderder waren,” vertelt Thomas Reiprich. “Het verschil was behoorlijk groot, ongeveer dertig procent.”

Verklaringen
De onderzoekers besloten op zoek te gaan naar mogelijke verklaringen. Want wellicht dat onopgemerkte gas- of stofwolken het zicht belemmerden, waardoor de clusters in een bepaald gebied donkerder leken. Dat bleek echter niet het geval. Ook enkele andere oorzaken die de nieuwe studieresultaten zouden kunnen ontkrachten werden onderzocht, maar van tafel geveegd. Het betekent dat het universum wellicht echt ongelijkmatig uitdijt. Maar wat ligt hieraan ten grondslag? De wetenschappers speculeren nu dat mogelijk donkere energie een vinger in de pap heeft. Het grootste deel van het universum bestaat mogelijk uit deze mysterieuze vorm van energie, al weten we hier op dit moment nog niet veel van af. Het enige dat wetenschappers veronderstellen is dat donkere energie op de een of andere manier verantwoordelijk is voor de versnelling van de uitdijing van het universum. In dit geval zou het kunnen dat donkere energie in sommige delen van het universum sterker is dan in andere delen, waardoor er mogelijk verschillen ontstaan in hoe snel het universum in bepaalde richtingen uitdijt.

Een kaart van de snelheid van de uitdijing van het heelal in verschillende richtingen. Afbeelding: K. Migkas et al. 2020, CC BY-SA 3.0 IGO

Gevolgen
De bevindingen hebben grote gevolgen. Want tot op heden gingen onderzoekers er eigenlijk standaard vanuit dat het universum isotroop is. “Als het heelal echt anisotroop is – al was het maar in de afgelopen paar miljard jaar – dan zou dit enorme gevolgen hebben,” zegt Migkas. “Wanneer we de eigenschappen van objecten analyseren moet er namelijk rekening gehouden worden met de richting van elk object. Vandaag schatten we bijvoorbeeld de afstand tot zeer verre objecten in het heelal door een reeks kosmologische parameters en vergelijkingen toe te passen. We geloven dat deze parameters overal hetzelfde zijn. Maar als onze bevindingen juist zijn, dan zou dat niet meer op gaan en moeten we dus al onze eerdere conclusies herzien.”


Of dat ook echt nodig is, zal toekomstig onderzoek moeten uitwijzen. “De bevindingen zijn echt interessant, maar de steekproef in de studie is nog relatief klein om zulke verstrekkende conclusies te trekken,” zegt René Laureijs van ESA. “Als we het algemeen aanvaarde kosmologische model echt zouden moeten heroverwegen, hebben we meer gegevens nodig.” En die gaan er wellicht ook komen. ESA’s aankomende telescoop Euclid is ontworpen om miljarden sterrenstelsels in beeld te brengen. Deze telescoop zal in staat zijn om de uitdijing van het universum, de versnelling en de aard van donkere energie nauwkeuriger dan ooit te onderzoeken. De lancering van de telescoop staat gepland voor 2022. We wachten gespannen af of deze telescoop het grote mysterie in toekomst zou kunnen helpen oplossen.