Kosmologen van Bochum onder leiding van prof.dr. Hendrik Hildebrandt hebben nieuwe inzichten gekregen in de dichtheid en structuur van materie in het heelal. Een aantal jaar geleden, Hildebrandt was al betrokken bij een onderzoeksconsortium dat op discrepanties in de data tussen verschillende groepen had gewezen. De vastgestelde waarden voor materiedichtheid en structuur verschilden afhankelijk van de meetmethode. Een nieuwe analyse, waaronder aanvullende infraroodgegevens, waardoor de verschillen nog meer opvielen. Ze zouden erop kunnen wijzen dat dit de fout is in het standaardmodel van de kosmologie.

Inwrijven, het wetenschappelijke tijdschrift van de Ruhr-Universität Bochum, heeft een rapport gepubliceerd over het onderzoek van Hendrik Hildebrandt. De laatste analyse van het onderzoeksconsortium, genaamd Kilo-Degree Survey, werd gepubliceerd in het tijdschrift Astronomie en astrofysica in januari 2020.

Twee methoden om de structuur van materie te bepalen

Onderzoeksteams kunnen de dichtheid en structuur van materie berekenen op basis van de kosmische microgolfachtergrond, een straling die kort na de oerknal werd uitgezonden en die vandaag de dag nog steeds kan worden gemeten. Dit is de methode die wordt gebruikt door het Planck Research Consortium.

Het Kilo-Degree Survey-team, evenals een aantal andere groepen, bepaalde de dichtheid en structuur van materie met behulp van het zwaartekrachtlenseffect:als objecten met een hoge massa het licht van sterrenstelsels afbuigen, deze sterrenstelsels verschijnen in een vervormde vorm op een andere locatie dan ze in werkelijkheid zijn wanneer ze vanaf de aarde worden bekeken. Op basis van deze vervormingen kosmologen kunnen de massa van de afbuigende objecten en daarmee de totale massa van het heelal afleiden. Om dat te kunnen doen, echter, ze moeten de afstanden tussen de lichtbron weten, het afbuigende object en de waarnemer, onder andere. De onderzoekers bepalen deze afstanden met behulp van roodverschuiving, wat betekent dat het licht van verre sterrenstelsels op aarde arriveert, verschoven in het rode bereik.

Nieuwe kalibratie met infraroodgegevens

Om afstanden te bepalen, kosmologen maken daarom beelden van sterrenstelsels op verschillende golflengten, bijvoorbeeld een in het blauw, één in het groene en één in het rode bereik; ze bepalen vervolgens de helderheid van de sterrenstelsels in de afzonderlijke afbeeldingen. Hendrik Hildebrandt en zijn team voegen ook enkele beelden uit het infraroodbereik toe om de afstand nauwkeuriger te bepalen.

Eerdere analyses hadden al aangetoond dat de microgolfachtergrondgegevens van het Planck Consortium systematisch afwijken van de zwaartekrachtlenseffectgegevens. Afhankelijk van de dataset, de afwijking was min of meer uitgesproken; het was het meest uitgesproken in de Kilo-Degree Survey. "Onze dataset is de enige die is gebaseerd op het zwaartekrachtlenseffect en is gekalibreerd met aanvullende infraroodgegevens, " zegt Hendrik Hildebrandt, Heisenberghoogleraar en hoofd van de RUB onderzoeksgroep Observational Cosmology in Bochum. "Dit zou de reden kunnen zijn voor de grotere afwijking van de Planck-gegevens."

Om deze discrepantie te verifiëren, de groep evalueerde de dataset van een ander onderzoeksconsortium, de Dark Energy Survey, met een vergelijkbare kalibratie. Als resultaat, ook deze waarden wijken nog sterker af van de Planck-waarden.

Debat in deskundige kringen

Wetenschappers discussiëren momenteel over de vraag of de discrepantie tussen de datasets eigenlijk een indicatie is dat het standaardmodel van de kosmologie verkeerd is of niet. Het Kilo-Degree Survey-team werkt al aan een nieuwe analyse van een uitgebreidere dataset die verdere inzichten zou kunnen opleveren. Naar verwachting zal het in het voorjaar van 2020 nog preciezere gegevens over de dichtheid en structuur van materie opleveren.