Die holten met niks erin, wat gebeurt daar?

De allerleegste gebieden in het heelal bieden een nieuwe kijk op sterrenstelsels en, wie weet, op de ware aard van de mysterieuze donkere energie.

Rien van de Weijgaert van de Rijksuniversiteit Groningen is gefascineerd door leegte. Dan zit je als sterrenkundige goed, zou je zeggen - nergens zo veel ruimte als in het heelal. Maar Van de Weijgaert doet er nog een schepje bovenop. Zijn onderzoek richt zich op de allerleegste gebieden in de kosmos. Gigantische donkere holten, waar je tientallen miljoenen lichtjaren ver kunt reizen zonder ook maar iets tegen te komen. In die kolossale voids zou weleens de sleutel kunnen liggen tot de evolutie van sterrenstelsels en de toekomst van het universum.


Sterrenstelsels zoals ons eigen Melkwegstelsel zijn niet regelmatig verdeeld over het heelal. Ze liggen bij elkaar in kleine groepjes en grotere clusters. De clusters, die vele honderden stelsels kunnen bevatten, zijn op hun beurt aaneengeregen tot langgerekte superclusters, met afmetingen van honderden miljoenen lichtjaren. Het is een beetje vergelijkbaar met de verdeling van dorpen en steden op het aardoppervlak: die zijn ook gegroepeerd in stedelijke agglomeraties. De uitgestrekte lege gebieden tussen de superclusters kun je dan omschrijven als het platteland van de kosmos.


Net zoals de Achterhoek en Noordoost-Groningen niet onbewoond zijn, kom je in de kosmische holten hier en daar ook nog wel een sterrenstelseltje tegen. Het zijn die kleine, geïsoleerde kluizenaarstelseltjes waarop Van de Weijgaerts Void Galaxy Survey zich de afgelopen acht jaar heeft gericht. 'In grote clusters is het één krioelende bende', legt hij uit. 'Sterrenstelsels voelen voortdurend elkaars zwaartekracht, waardoor er vervormingen ontstaan, geboortegolven van nieuwe sterren optreden en gas naar buiten wordt geslingerd. In de lege, rustige holten krijg je een veel zuiverder beeld van de processen die een rol spelen bij ontstaan en evolutie.'


De tientallen solostelseltjes zijn opgespoord in de Sloan Digital Sky Survey, een soort driedimensionale kaart van miljoenen sterrenstelsels. Vervolgens zijn ze in detail bestudeerd met telescopen op La Palma en in de Verenigde Staten, en met de radiotelescoop in het Drentse Westerbork. Daarbij werkte Van de Weijgaert nauw samen met zijn Groningse collega Thijs van der Hulst en met Jacqueline van Gorkom van de Columbia-universiteit in New York. 'Die Westerborkse waarnemingen zijn echt onmisbaar als je iets wilt weten over de verdeling van koud waterstofgas in de stelsels', zegt Van der Hulst.


Het waarnemingsprogramma is bijna voltooid, en het Void Galaxy Survey-team werkt aan de gegevensanalyse. Verrassingen zijn er volop. Zo is er een geïsoleerd stelsel ontdekt met een opmerkelijke ringstructuur, die normaal gesproken alleen ontstaat door wisselwerking met een buurstelsel. Promovenda Burcu Beygu vond midden in een kosmische holte zelfs een klein groepje van drie stelseltjes bij elkaar, ingebed in één langgerekte wolk van koud waterstofgas; de verrassende ontdekking wordt deze maand gepubliceerd in The Astronomical Journal.


Anti-zwaartekracht

Hoe zit het dan met het idee dat je op het kosmische platteland een zuiverder en rustiger beeld krijgt van de vorming van sterrenstelsels? 'Zo simpel blijkt het inderdaad niet te zijn', aldus Van der Hulst. 'De onderzochte stelseltjes verschillen niet heel sterk van de sterrenstelsels in clusters.' Van de Weijgaert: 'Kennelijk hebben we hier toch met een wat hectischer omgeving te maken dan we hadden verwacht. Dat verrijkt overigens wel ons beeld van de kosmische holten. Mogelijk zien we een soort overblijfsel van structuur in de verdeling van donkere materie, uit de begintijd van het heelal.'


Daarmee is de Groningse kosmoloog weer terug bij zijn oorspronkelijke fascinatie voor de lege gebieden in het heelal. De holten kunnen astronomen namelijk veel vertellen over de mysterieuze donkere energie die als een soort anti-zwaartekracht voor een versnellende uitdijing van het heelal zorgt. Na de oerknal, een kleine 14 miljard jaar geleden, begon de materie in het heelal steeds sterker samen te klonteren in clusters en superclusters. Maar dat proces kun je ook beschrijven als het 'groeien' van holten en superholten.


De manier waarop die holten groeien en van vorm veranderen - min of meer bolvormig, of juist afgeplat of langgerekt - wordt in belangrijke mate bepaald door de precieze aard van de donkere energie in het heelal. Dat blijkt uit computersimulaties die Van de Weijgaert samen met zijn collega Patrick Bos heeft uitgevoerd. Dus als je de ontwikkeling van voids in de loop van miljarden jaren kunt achterhalen, kom je meer te weten over de eigenschappen van de donkere energie en daarmee over de toekomstige evolutie van het heelal. Van de Weijgaert: 'Dat is een van de leukste ontwikkelingen van dit moment.'


Met toekomstige instrumenten zoals de Square Kilometer Array (een reusachtig netwerk van radioschotels en -antennes in Australië en Zuid-Afrika) en de Europese ruimtetelescoop Euclid moet het mogelijk zijn om de geschiedenis van het kosmische platteland in kaart te brengen.


Voor het zo ver is, valt er ook dichter bij huis nog genoeg te onderzoeken. 'Burcu promoveert dit najaar; daarna hebben we nog voldoende materiaal liggen voor minstens een andere promotie', zegt Van de Weijgaert. 'En wie weet komt er een grootschaliger en systematischer vervolg op onze Void Galaxy Survey.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden