Donkere energie wordt er niet helderder op

Drie jaar geleden werd er nog een Nobelprijs natuurkunde voor uitgereikt: de ontdekking van donkere energie. Nu vragen steeds meer kosmologen zich af of er niet iets te snel is gejuicht.

Beeld NASA

Ze moesten hem in 2011 met z'n drieën delen: Saul Perlmutter, Adam Riess en Brian Schmidt - de felbegeerde Nobelprijs natuurkunde. In twee onafhankelijk werkende teams hadden ze in 1998 aangetoond dat het heelal steeds sneller uitdijt. Alsof de ruimte wordt 'opgeblazen' door een mysterieuze donkere energie.

Indertijd werd de vondst, hoe raadselachtig ook, door vrijwel alle sterrenkundigen enthousiast omarmd. Maar het fundament waarop de ontdekking is gebaseerd, begint de eerste haarscheurtjes te vertonen.

Niemand weet wat donkere energie precies is. Er is wel bekend wat het doet. Als een soort anti-zwaartekracht duwt donkere energie de ruimte steeds verder uiteen. In de verre toekomst zullen de sterrenstelsels in het heelal daardoor steeds sneller van elkaar af bewegen. Misschien eindigt de kosmos wel in een explosieve Big Rip: de ruimtetijd wordt dan uiteengescheurd door een kosmisch sneeuwbaleffect.

Voor donkere energie geldt hetzelfde als voor de al even raadselachtige donkere materie: de ware aard ervan is onbekend, maar aan het bestaan wordt vrijwel niet getwijfeld. Er is zelfs precies bekend hoe veel er van beide moet zijn om de theorieën kloppend te krijgen met de waarnemingen. Zevenentwintig procent van de totale inhoud van het heelal bestaat uit donkere materie; maar liefst achtenzestig procent uit donkere energie. De 'normale' materie - atomen en moleculen - neemt slechts de resterende schamele vijf procent voor zijn rekening.

Zestien jaar geleden leken de aanwijzingen voor de versnellende uitdijing van het heelal heel overtuigend. Beide teams - het ene geleid door Perlmutter, het andere door Riess en Schmidt - hadden metingen verricht aan verre supernova's: catastrofale sterexplosies, waarbij een ster compleet uit elkaar spat. Van één bepaald type supernova (type Ia) was bekend dat ze altijd precies evenveel licht produceren. Daardoor konden ze uitstekend dienst doen als bakens om afstanden te meten en zo de uitdijingsgeschiedenis van het heelal in kaart te brengen.

Supernova

Dat de supernova's van type Ia altijd precies even helder zijn, leek goed begrepen. Een witte dwergster draait in een baan rond een gewone ster, en zuigt materie op van zijn begeleider. Daardoor wordt hij steeds zwaarder, en als hij boven een bepaalde kritische massa komt, explodeert hij. Die ontploffende witte dwergen zijn dus altijd even zwaar (ongeveer veertig procent zwaarder dan de zon), zodat de explosies ook altijd precies evenveel energie produceren.

Maar de laatste jaren is duidelijk geworden dat Ia-supernova's ook op tenminste één andere manier kunnen ontstaan: als twee witte dwergen om elkaar heen bewegen, naar elkaar toe spiralen en uiteindelijk met elkaar botsen en versmelten. Dat bleek afgelopen weken opnieuw, toen er nieuwe radio- en röntgenmetingen gepubliceerd werden van supernova 2014J, die in januari explodeerde in een sterrenstelsel op twaalf miljoen lichtjaar afstand. Met het 'klassieke' model kunnen die waarnemingen niet verklaard worden.

Witte-dwergenexpert Gijs Nelemans van de Radboud Universiteit Nijmegen smult van alle ophef en verwarring. 'Het vakgebied zat vastgeroest,' zegt hij. 'Eindelijk wordt de hele boel nu eens goed opgeschud. Echt chaos. Fantastisch.'

Het model waarin minstens twintig jaar heilig werd geloofd, is niet het complete verhaal, en het zal volgens Nelemans nog wel een paar jaar duren voordat het stof weer is neergedaald. 'En waarom zou er niet nog een derde manier bestaan om witte dwergen te laten exploderen?' zegt hij. 'Inmiddels lijkt alles wel ter discussie te staan. Feit is dat we dit soort supernova's veel minder goed begrijpen dan altijd werd aangenomen.'

Belangrijk natuurlijk voor wie alles wil weten over exploderende sterren, maar kosmologen, die de evolutie van het heelal bestuderen, moeten zich misschien ook achter de oren gaan krabben. Wat er precies gebeurt wanneer twee witte dwergsterren op elkaar knallen, is weliswaar niet goed bekend, maar één ding lijkt vrij zeker: supernova's die op deze manier ontstaan, hoeven niet per se allemaal even helder te zijn. En dat was nou net de aanname waarop de ontdekking van donkere energie was gebaseerd.

Maar er is meer. Een team onder leiding van Peter Milne van de Universiteit van Arizona ontdekte met de ruimtetelescoop Swift dat er twee categorieën Ia-supernova's zijn: sommige zenden veel meer ultraviolette straling uit dan andere. Door het ontbreken van uv-waarnemingen was dat verschil nooit eerder opgevallen. Of het te maken heeft met een verschil in ontstaanswijze is niet bekend, maar volgens Milne kunnen de conclusies over de versnellende uitdijing van het heelal er wel door vertekend zijn.

Dat zit zo. Verre supernova's lijken wat helderder dan je zou verwachten, en dat wordt sinds 1998 toegeschreven aan de versnellende uitdijing van het heelal. Maar het zou ook door die twee categorieën van Milne kunnen komen. Door de uitdijing van het heelal wordt de uv-straling van verre supernova's namelijk 'opgerekt' naar zichtbare golflengten. Explosies die veel onzichtbaar ultraviolet uitzenden, zien er dan met een gewone telescoop opeens extra helder uit.

'Op z'n minst een deel van het effect zou op die manier verklaard kunnen worden, en dus niet het gevolg hoeven zijn van donkere energie,' aldus Milne. 'Als dit in 1998 al bekend was geweest, zou het idee van donkere energie indertijd veel minder snel zijn omarmd - dan was men een stuk wantrouwiger geweest.'

Vraagtekens

De bevindingen van Milnes team moeten nog gepubliceerd worden, maar in Nijmegen is Nelemans er opgetogen over. 'Het is voor het eerst dat er echt vraagtekens gezet worden bij de conclusies over donkere energie.'

Bob Kirshner van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - indertijd de promotor van Nobelprijswinnaar Brian Schmidt - geeft toe dat het er allemaal niet overzichtelijker op geworden is, maar echt zorgen maakt hij zich nog niet. 'Wij zijn nu bezig met een waarnemingsprogramma van verre supernova's in het infrarood, met de Hubble Space Telescope,' zegt hij. 'Op die golflengten blijken de helderheidsverschillen minder groot te zijn. In het infrarood gedragen de supernova's zich gewoon veel beter, ook al weet je misschien niet precies hoe ze ontstaan.'

Bovendien, aldus Kirshner, wordt het bestaan van donkere energie al lang niet meer uitsluitend afgeleid uit supernova-waarnemingen. Ook metingen aan de kosmische achtergrondstraling (het afgekoelde restant van de energie die bij de oerknal vrijkwam) zijn niet te verklaren zonder het bestaan te veronderstellen van zo'n raadselachtige 'anti-zwaartekracht'.

'Als de supernova-metingen er nooit waren geweest, zouden we inmiddels ook overtuigd zijn geraakt van het bestaan van donkere energie,' zegt Kirshner.

Sommige kosmologen blijven hun bedenkingen houden. 'Tot mijn stomme verbazing slikt de jongere garde het bestaan van donkere energie voor zoete koek', moppert de Leidse emeritus-hoogleraar Vincent Icke per e-mail. 'Zelf ben ik een superscepticus, en hoewel de meeste kosmologen nuchter niks zeggen, vinden ze na de tweede borrel bijna allemaal dat het rammelt.'

Beeld vkgraph
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.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden