Weten we eindelijk hoe snel het heelal uitdijt?

De oerknaltheorie maakt al een tijdje deel uit van onze culturele bagage. We leven in een universum dat 13,77 miljard haar geleden ontstond. Volgens de grondlegger ervan, de Leuvense hoogleraar Georges Lemaître, gebeurde dat op ‘een dag zonder gisteren’, want ruimte en tijd zouden samen met het heelal ontstaan zijn. Vrijwel onmiddellijk na die oerknal werd ons pasgeboren heelal heel kortstondig enorm opgeblazen, waarna het verder is blijven uitzetten en afkoelen. Dat uitzetten betekent dat er voortdurend, ook nu nog, nieuwe ruimte bijgemaakt wordt.

In dat verband worstelen kosmologen al een tijdje met twee problemen. Het eerste gaat over de vraag waarom het heelal na zowat 9 miljard jaar plots steeds sneller is beginnen uitdijen, terwijl je net het omgekeerde zou verwachten. Dit proces is nu al 5 miljard jaar aan de gang. Donkere energie zou hiervoor verantwoordelijk zijn.

Krenten in een rijzend brood

Het tweede probleem gaat over de vraag hoe snel het heelal op een bepaald ogenblik, bijvoorbeeld nu, uitdijt. Op het eerste gezicht valt dit reuze mee, want de Amerikaanse sterrenkundige Edwin Hubble vond een eenvoudig empirisch verband tussen de afstand tot een sterrenstelsel en de snelheid waarmee het van ons wegvliegt. De bijhorende wet van Hubble-Lemaître stelt: hoe verder het sterrenstelsel van ons verwijderd is, hoe sneller het van ons weg beweegt. Je kan je de sterrenstelsels in een uitdijend heelal voorstellen als krenten in een rijzend brood. Als je voor enkele krenten de snelheid en afstand ten opzichte van ‘onze’ krent meet, rolt de snelheid waarmee het brood rijst eruit.

Uiteraard laat de afstand tussen twee krenten zich net iets makkelijker meten dan de afstand tot een ver sterrenstelsel. Maar vernuftige astronomen hebben door de jaren heen voldoende middeltjes bedacht om tot vrij nauwkeurige afstandsbepalingen tussen sterrenstelsels te komen. Als je het allemaal goed en wel doorrekent, bekom je een waarde van 73,3 km/s per Megaparsec. In mensentaal uitgedrukt: een sterrenstelsel dat zich op 1 Megaparsec – dat is 3,26 miljoen lichtjaar of in kilometer uitgedrukt een 3 met 19 nulletjes – van ons bevindt, beweegt met een snelheid van 73,3 km per seconde van ons weg. Een sterrenstelsel dat twee keer zo ver weg staat, vliegt met 146,6 km/s van ons weg.

Wat is dan het probleem? Dat wetenschappers "een streverstrekje" hebben. In plaats van zich tevreden te stellen met dit resultaat, moesten ze zo nodig een tweede, onafhankelijke manier ontwikkelen om deze snelheid van uitdijen te bepalen. Dat deden ze aan de hand van de kosmische achtergrondstraling, de nagloed van de oerknal.

Resultaat: 67,4 km/s per Megaparsec. Dat is een verschil van ongeveer 10%, ver boven wat je zou kunnen verklaren als een onnauwkeurigheid op de metingen. Zeker omdat steeds nieuwere en accuratere metingen de kloof bestendigen in plaats van dichten. Deze ‘Hubblespanning’ zorgt voor de nodige dramatiek in het wereldje van de kosmologen: ‘de kosmologie verkeert in crisis’. Is er iets grondig mis met ons model van de kosmos?

Bel van lage massadichtheid

Niet als het aan Lucas Lombriser ligt. Deze professor theoretische fysica van de Universiteit van Genève komt in het vaktijdschrift Physics Letters B langs theoretische weg met een verklaring op de proppen voor deze vreemde discrepantie. Wat als ons sterrenstelsel, de Melkweg, ingebed is in een bel van lage massadichtheid? Dan zouden we er systematisch naast zitten in het bepalen van de afstand tot andere sterrenstelsels. Hij berekende dat je overeenstemming vindt met de waarde van de tweede methode (via de kosmische achtergrondstraling), 67,4 km/s per Megaparsec, als je veronderstelt dat we met onze Melkweg deel uitmaken van een gebied van het heelal, 250 miljoen lichtjaar in doorsnee, waarin de massadichtheid de helft bedraagt van de karakteristieke waarde voor het heelal.

Rest natuurlijk de vraag hoe groot de kans is om een dergelijke zone van halve massadichtheid aan te treffen in het heelal. De berekeningen van Lombriser leggen die kans tussen 5% en 20%. Een bemoedigend resultaat, vindt hij: “Dit betekent dat het niet zomaar een fantasietje van een theoreticus is. Het heelal is zo immens dat er heel wat van dergelijke gebieden moeten voorkomen.” Als Lombriser gelijk heeft, hoeven onze kosmologische modellen nog niet meteen op de schop.