12 maart 2024
Astronomen worstelen al geruime tijd met het feit dat het heelal momenteel sneller uitdijt dan op basis van waarnemingen van hoe het er kort na de oerknal uitzag mag worden verwacht. De eenvoudigste verklaring hiervoor had kunnen zijn dat er een foutje was geslopen in de afstandsmetingen die de Hubble-ruimtetelescoop de afgelopen dertig jaar heeft gedaan. Maar waarnemingen van de nieuwe Webb-ruimtetelescoop laten zien dat er niks mis is met de Hubble-resultaten. Astronomen gebruiken verschillende methoden om relatieve afstanden in het heelal te meten. Tezamen staan deze technieken bekend als de kosmische afstandsladder. Elke sport of meettechniek van deze denkbeeldige ladder is voor kalibratie afhankelijk van de vorige stap. De eerste afstandsmetingen die de Webb-ruimtetelescoop in 2023 deed, bevestigden al dat de metingen die Hubble van het uitdijend heelal had gedaan accuraat waren. De hoop bestond echter dat er toch wat verborgen effecten in de metingen zaten die zichtbaar zouden worden naarmate we dieper het heelal in keken. Zo zouden helderheidsmetingen van sterren kunnen worden beïnvloed door ‘stellar crowding’ – het effect dat ervoor zorgt dat, van grote afstand, groepjes sterren niet los van elkaar kunnen worden gezien. Dit laatste zou met name gevolgen hebben voor afstandsbepalingen die gebruik maken van de helderheden van zogeheten cepheïden – een bepaald type pulserende sterren waarbij een direct verband bestaat tussen pulsperiode en absolute helderheid. Op zichtbare golflengten zou ook tussenliggend stof de metingen nadelig kunnen beïnvloeden. Webb bekijkt het heelal echter door een ‘infraroodbril’ en is daardoor veel minder gevoelig voor interstellair stof. Ook maakt hij scherpere foto’s, waardoor hij cepheïden gemakkelijker van naburige sterren kan onderscheiden. De conclusie: stellar crowding kan niet de verklaring zijn voor de afwijkende uitdijingssnelheid van het het heelal. De afstandsladder zoals die door Hubble en Webb wordt waargenomen sluit daardoor nog steeds niet goed aan op waarnemingen van de nagloed van de oerknal, die door de Europese satelliet Planck zijn verricht. Hoe de kosmische uitdijing in de tussenliggende miljarden jaren is veranderd, is vooralsnog onbekend. (EE)
→ NASA's Webb, Hubble Telescopes Affirm Universe's Expansion Rate, Puzzle Persists

6 maart 2024
Met behulp van supercomputers kunnen astronomen de vorming van sterrenstelsels nabootsen van de oerknal tot nu. De voorspellingen van zulke modellen worden echter beïnvloed door beperkingen in de resolutie van de berekeningen en door aannames over een aantal factoren, zoals de levensloop van sterren en de evolutie van het interstellaire medium waar zij deel van uitmaken. Een internationaal onderzoeksteam heeft de afgelopen acht jaar honderd miljoen uren aan computer-rekentijd besteed om zulke simulaties zo nauwkeurig mogelijk te maken (The Astrophysical Journal, 1 maart). Om mogelijke foutbronnen in de simulaties te minimaliseren hebben 160 onderzoekers van zestig instellingen voor hoger onderwijs, onder leiding van Santi Roca-Fàbrega van de Universiteit van Lund (Zweden), Ji-hoon Kim van de Nationale Universiteit van Seoul (Zuid-Korea) en Joel R. Primack van de Universiteit van Californië te Santa Cruz (VS), de koppen bij elkaar gestoken. Ze hebben de resultaten en algoritmes van de ‘rekenmeesters’ achter ’s werelds beste simulaties van sterrenstelsels bijeengebracht en met elkaar vergeleken. De resultaten van deze samenwerking – de zogeheten CosmoRun-simulaties – zijn nu gepubliceerd in het vakblad The Astrophysical Journal. Hierin hebben de onderzoekers de vorming van een sterrenstelsel met dezelfde massa als de Melkweg geanalyseerd. De simulatie is gebaseerd op dezelfde astrofysische aannames over de ultraviolette achtergrondstraling die door de eerste sterren in het heelal is geproduceerd, de afkoeling en opwarming van interstellair gas en het proces van de stervorming. De nieuwe resultaten brengen de onderzoekers tot de conclusie dat schijfvormige sterrenstelsels zoals ons Melkwegstelsel heel vroeg in de geschiedenis van het heelal zijn ontstaan. Dat is in overeenstemming met recente waarnemingen van de Webb-ruimtetelescoop. Ook hebben de astronomen een manier gevonden om het aantal satellietstelsels – sterrenstelsels die om grotere sterrenstelsels draaien – in overeenstemming te brengen met de waarnemingen. Het aantal satellietstelsels dat astronomen hebben waargenomen was tot nu toe namelijk veel kleiner dan de aantallen die door computersimulaties werden voorspeld (het zogeheten ontbrekende dwergstelselsprobleem). Daarnaast heeft het team aangetoond dat niet, zoals werd aangenomen, het aantal sterren en hun verdeling bepalend is voor een realistische simulatie, maar de hoeveelheid en de verdeling het gas rondom de sterrenstelsels. (EE)
→ New insights on how galaxies are formed

9 januari 2024
In 1998 ontdekten twee afzonderlijke teams van astrofysici, die telescopen gebruikten van het Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) en het Kitt Peak National Observatory, dat het heelal steeds sneller uitdijt. Dit fenomeen wordt toegeschreven aan een mysterieuze entiteit – donkere energie geheten – die ongeveer 70% van ons heelal uitmaakt. De ontdekking, gebaseerd op waarnemingen van een bepaalde klasse van exploderende sterren, type Ia supernovae genaamd, kwam als een verrassing, omdat de astrofysici destijds verwachtten dat de uitdijing van het heelal afneemt. Nu, 25 jaar na de bijzondere ontdekking, hebben wetenschappers die werken aan de Dark Energy Survey (DES) de resultaten vrijgegeven van een onderzoek waarbij dezelfde techniek is gebruikt om de uitdijingsgeschiedenis van het heelal nog nauwkeuriger in kaart te brengen. De resultaten, die vandaag zijn gepresenteerd tijdens de 243e bijeenkomst van de American Astronomical Society in New Orleans (VS), zijn in overeenstemming met het huidige kosmologische standaardmodel van een heelal dat versnelt uitdijt. Maar helemaal rotsvast zijn de bevindingen niet. Bij waarnemingen van ongeveer twee miljoen verre sterrenstelsels ontdekte het DES-team enkele duizenden supernovae, waarmee dit de grootste en diepste inventarisatie van supernovae is die ooit met één telescoop is verkregen. Vervolgens gebruikten de onderzoekers geavanceerde machine-learningtechnieken om de supernovae te classificeren en daarin 1499 waarschijnlijke supernovae van type Ia aan te wijzen. Deze grote steekproef van supernovae, die een groot aantal afstanden bestrijkt, kan worden gebruikt om de geschiedenis van de kosmische uitdijing te reconstrueren. Voor elke supernova combineren wetenschappers de afstand met een meting van de roodverschuiving – hoe snel de supernova zich van de aarde verwijdert als gevolg van de uitdijing van het heelal. Tezamen kunnen deze twee factoren inzicht geven in de vraag of de dichtheid van de donkere energie in het heelal constant is gebleven of mettertijd is veranderd. Het kosmologische standaardmodel staat bekend als ΛCDM – de afkorting van ‘Lambda koude donkere materie’. Dit wiskundige model beschrijft hoe het heelal evolueert aan de hand van slechts een paar kenmerken, zoals de materiedichtheid, het soort materie en het gedrag van donkere energie. Terwijl ΛCDM ervan uitgaat dat de dichtheid van donkere energie in het heelal constant is in de loop van de kosmische tijd, en niet afneemt terwijl het heelal uitdijt, wijzen de resultaten van de DES Supernova Survey erop dat dit misschien niet klopt. Er zijn aanwijzingen dat donkere energie in de loop van de tijd verandert en dat het ΛCDM-model niet geheel voldoet. Mogelijk is een complexere verklaring nodig. (EE) 
→ Dark Energy Survey Publishes Definitive Results from Largest, Deepest, Most Uniform Supernova Sample

4 december 2023
Natuurkundigen van University College London (UCL) publiceren vandaag een nieuwe theorie die zwaartekracht en kwantummechanica met elkaar verenigt, met behoud van Einsteins klassieke concept van de ruimtetijd (Physical Review X / Nature Communications, 4 december). De moderne natuurkunde is gebaseerd op twee pijlers. De ene is de kwantumtheorie, die de kleinste deeltjes in het heelal bestuurt; de andere is Einsteins algemene relativiteitstheorie, die de zwaartekracht verklaart via de kromming van de ruimtetijd. Al meer dan een eeuw doen wetenschappers verwoede pogingen om de beide theorieën met elkaar te verenigen – tot nu toe tevergeefs. De heersende aanname is dat Einsteins zwaartekrachtstheorie aangepast oftewel ‘gekwantificeerd’ moet worden om binnen de kwantumtheorie te passen. Dit is de benadering van twee toonaangevende kandidaten voor een kwantumzwaartekrachttheorie: de snaartheorie en de lus-kwantumzwaartekracht. De nieuwe theorie, ontwikkeld door Jonathan Oppenheim (UCL), kiest een alternatieve benadering door te stellen dat de ruimtetijd ‘klassiek’ kan zijn – dat wil zeggen: helemaal niet wordt beheerst door de kwantumtheorie. In plaats van de ruimtetijd te modificeren, modificeert de theorie – de zogenoemde ‘post-kwantumtheorie van de klassieke zwaartekracht' – de kwantumtheorie en voorspelt zij dat de ruimtetijd een intrinsieke verstoring teweegbrengt. Dit resulteert in willekeurige, heftige fluctuaties in de ruimtetijd die groter zijn dan voorzien onder de kwantumtheorie, waardoor het schijnbare gewicht van objecten onvoorspelbaar wordt als er maar nauwkeurig genoeg wordt gemeten. In een artikel, gepubliceerd door voormalige promovendi van Oppenheim, worden enkele gevolgen van de theorie bekeken en wordt een experiment voorgesteld om de theorie te toetsen door heel nauwkeurig een massa te meten, om te zien of het gewicht ervan in de loop van de tijd lijkt te fluctueren. Het Bureau international des poids et mesures in Frankrijk weegt bijvoorbeeld routinematig een massa van 1 kilogram die vroeger de standaardkilogram was. Als de fluctuaties in de metingen van deze massa van 1 kilogram kleiner zijn dan nodig is voor wiskundige consistentie, kan de theorie worden uitgesloten. Het meetconcept is eenvoudig, maar het wegen van het object moet met ongekende precisie worden uitgevoerd. (EE)
→ New theory unites Einstein’s gravity with quantum mechanics

24 oktober 2023
Een internationaal team van astronomen heeft de grootste kosmologische computersimulatie ooit uitgevoerd, die niet alleen donkere maar ook gewone materie volgt. De FLAMINGO-simulatie berekent de evolutie van alle componenten van het heelal - gewone materie, donkere materie en donkere energie - volgens de wetten van de natuurkunde. Naarmate de simulatie vordert, ontstaan virtuele sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels. De simulaties vergden meer dan 50 miljoen CPU-uren en produceerden meer dan 1 petabyte aan gegevens. De resultaten zijn geaccepteerd voor publicatie in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Wereldwijd worden enorme bedragen geïnvesteerd in steeds grotere telescopen op de grond en in de ruimte, zoals de Euclid-ruimtetelescoop die onlangs door het Europees Ruimteagentschap ESA is gelanceerd. Deze en andere faciliteiten verzamelen indrukwekkende hoeveelheden gegevens over sterrenstelsels, quasars en sterren. Simulaties zoals FLAMINGO spelen een sleutelrol in de wetenschappelijke interpretatie van de gegevens door voorspellingen van theorieën over ons universum te verbinden met de waargenomen gegevens. Volgens de theorie worden de eigenschappen van ons hele heelal bepaald door een paar getallen, die ‘kosmologische parameters’ worden genoemd (zes in de eenvoudigste versie van de theorie). De waarden van deze parameters kunnen op verschillende manieren heel precies worden gemeten. Eén daarvan is gebaseerd op eigenschappen van de kosmische achtergrondstraling, de warmtestraling die is overgebleven van de oerknal. Maar deze waarden komen niet allemaal overeen met de waarden die worden gemeten met andere technieken die kijken naar de manier waarop de zwaartekracht van sterrenstelsels het licht buigt. Deze spanningen zouden het einde kunnen betekenen van het standaardmodel van de kosmologie – het ‘koude donkere materie model’. De computersimulaties kunnen misschien de oorzaak van deze spanningen duidelijk maken omdat ze mogelijke systematische fouten in de metingen kunnen vinden. Als geen van deze fouten voldoende blijkt om de spanningen weg te nemen, heeft de theorie echt problemen. De eerste resultaten van de FLAMINGO-simulatie laten inderdaad zien dat zowel neutrino’s als gewone materie van essentieel belang zijn voor het maken van nauwkeurige voorspellingen, maar dat ze de spanningen tussen de verschillende kosmologische waarnemingen niet wegnemen. Simulaties die ook gewone, zogeheten baryonische materie volgen zijn veel uitdagender en vergen veel meer rekenkracht. Dit komt doordat de gewone materie – die slechts zestien procent van alle materie in het heelal vormt – niet alleen de zwaartekracht voelt, maar ook gasdruk, waardoor de materie door actieve zwarte gaten en supernova’s uit sterrenstelsels geblazen kan worden tot ver in de intergalactische ruimte. De kracht van deze intergalactische winden hangt af van de explosies in het interstellaire medium en is zeer moeilijk te voorspellen. Daarbovenop komt dat de bijdrage van de neutrino’s, subatomaire deeltjes met een zeer kleine maar niet precies bekende massa, ook van belang is. De beweging van neutrino’s werd tot nu toe ook niet gesimuleerd. 
→ Volledig persbericht

12 september 2023
De snelheid waarmee het heelal uitdijt, bekend als de Hubble-constante, is een van de fundamentele parameters om de evolutie en het uiteindelijk lot van de kosmos te begrijpen. Er bestaat echter een hardnekkig verschil – de zogeheten ‘Hubble-spanning’ – tussen de waarde van de constante die wordt gemeten met behulp van een groot aantal onafhankelijke afstandsindicatoren en de waarde die wordt voorspeld op basis van de kosmische achtergrondstraling – de nagloeiing van de oerknal. Bij het meten van de uitdijingssnelheid van het heelal maken astronomen veelal gebruik van zogeheten Cepheïden – een klasse van zeer heldere reuzensterren die regelmatig pulseren. Er bestaat een sterk verband tussen de pulsatieperiode en de absolute helderheid van deze sterren. Door de gemeten schijnbare helderheid van een Cepheïde te vergelijken met diens absolute helderheid, kan daardoor rechtstreeks zijn afstand worden vastgesteld. De afgelopen decennia heeft de Hubble-ruimtetelescoop op deze manier talrijke Cepheïden waargenomen, maar daarbij ondervond hij hinder van het stof dat zich tussen ons en deze sterren in bevindt. Stof absorbeert en verstrooit blauw licht, waardoor verre objecten zwakker, en daarmee ook verder weg lijken dan ze in werkelijkheid zijn. Jammer genoeg ziet Hubble in rood licht niet zo scherp als in blauw licht, waardoor hij Cepheïden niet goed kon onderscheiden van de overige sterren in zijn beeldveld. Gevolg: er zit relatief veel ruis in zijn metingen. De nieuwe Webb-ruimtetelescoop ziet juist heel erg scherp in het (infra)rood en is dus veel beter in staat om afzonderlijke Cepheïden te bekijken. En dat is ook precies wat hij de afgelopen tijd heeft gedaan. Zoals verwacht vertonen de Webb-metingen veel minder ruis dan die van Hubble. Maar de Hubble-spanning lossen ze nog steeds niet op. Hubble’s zwakke rode gezichtsvermogen speelt dus geen belangrijke rol bij het ontstaan van de Hubble-spanning. Maar astronomen laten zich daardoor natuurlijk niet uit het veld slaan. Ze zoeken de oplossing nu bij compleet andere verklaringen, zoals donkere energie, exotische donkere materie of modificaties van de zwaartekrachtswet. Wordt vervolgd! (EE)
→ Webb Confirms Accuracy of Universe’s Expansion Rate Measured by Hubble

15 augustus 2023
Astronomen van de Universiteit van Cambridge (VK) hebben een nieuwe manier gevonden om de donkere energie te meten – de mysterieuze kracht die meer dan tweederde van het heelal uitmaakt en verantwoordelijk is voor de versnelde uitdijing van het heelal. De wetenschappers hebben ontdekt dat het mogelijk is om donkere energie te detecteren en te meten door het Andromedastelsel te bestuderen – onze naaste galactische buur die op ramkoers ligt met het Melkwegstelsel (The Astrophysical Journal Letters, 8 augustus). Alles wat we in onze wereld en aan de hemel kunnen waarnemen – van kleine insecten tot enorme sterrenstelsels –vormt slechts vijf procent van het waarneembare heelal. De rest valt onder de noemer ‘donker spul’: wetenschappers denken dat ongeveer 27% van het heelal bestaat uit donkere materie, die objecten bij elkaar houdt, terwijl 68% bestaat uit donkere energie, die objecten uit elkaar duwt. Donkere energie is de generieke naam voor een familie van modellen die je aan Einsteins zwaartekrachtstheorie zou kunnen toevoegen. De eenvoudigste versie hiervan staat bekend als de kosmologische constante: een constante energiedichtheid die sterrenstelsels van elkaar weg duwt. Sinds ze voor het eerst werd geïdentificeerd, hebben astronomen diverse methoden ontwikkeld om de donkere energie te detecteren. De meeste daarvan zijn gebaseerd op het meten van de snelheden waarmee objecten uit het vroege heelal van ons weg bewegen. Maar het ontrafelen van de effecten van de donkere energie van miljarden jaren geleden is allesbehalve eenvoudig: omdat het slechts een zwakke kracht tussen sterrenstelsels is, wordt donkere energie gemakkelijk overwonnen door de veel sterkere krachten binnen sterrenstelsels. Er is echter één regio in het heelal die verrassend gevoelig is voor donkere energie, en die bevindt zich in onze eigen kosmische achtertuin. Het Andromedastelsel ligt dicht bij ons eigen Melkwegstelsel, en de twee sterrenstelsels liggen op ramkoers. Naarmate ze dichter bij elkaar komen, zullen de twee sterrenstelsels heel langzaam om elkaar heen gaan draaien, met een omlooptijd van ongeveer 20 miljard jaar. Maar door de enorme zwaartekracht zullen de twee sterrenstelsels lang voordat de eerste omloop is voltooid, over ongeveer vijf miljard jaar beginnen samen te smelten. Met behulp van computersimulaties op basis van de best beschikbare schattingen van de massa’s van beide sterrenstelsels, hebben de Cambridge-astronomen vastgesteld dat donkere energie van invloed is op de manier waarop het Andromedastelsel en het Melkwegstelsel om elkaar heen draaien. ‘Als we in ons model de waarde van de kosmologische constante veranderen, kunnen we zien hoe dat de baan van de twee sterrenstelsels beïnvloedt,’ aldus hoofdauteur David Benisty. ‘Op basis van hun massa’s kunnen we een bovengrens opleggen aan de kosmologische constante die ongeveer vijf keer zo hoog is als wat we in de rest van het heelal kunnen meten.’Volgens de onderzoekers zullen gegevens van de Webb-ruimtetelescoop veel nauwkeurigere metingen van de massa en beweging van het Andromedastelsel opleveren. Op die manier zou de bovengrens van de kosmologische constante kunnen worden verlaagd. Bovendien kan, door andere paren van sterrenstelsels te bestuderen, de techniek verder worden verfijnd. Maar een directe meting van de donkere energie is dat nog niet. (EE)
→ Dark energy could be measured by studying the galaxy next door

31 juli 2023
De twee instrumenten van ESA’s ruimtetelescoop Euclid hebben hun eerste testopnamen gemaakt. De eerste beelden geven aan dat de ruimtetelescoop de wetenschappelijke doelen waarvoor hij is ontworpen zal bereiken - en mogelijk nog veel meer. Euclid zal een 3D-kaart maken van een derde van de hemel, waardoor wetenschappers de laatste tien miljard jaar van de evolutie van het heelal kunnen bestuderen en de aard van donkere materie en donkere energie kunnen onderzoeken. De leden van het Euclid-Consortium, onder wie astronomen van de Universiteit Leiden en de Rijksuniversiteit Groningen, zijn opgetogen. Euclids VISible-instrument (VIS) zal superscherpe beelden maken van miljarden sterrenstelsels om hun vorm te meten. Met het beeld van VIS krijgen de wetenschappers een eerste glimp te zien; terwijl een paar sterrenstelsels heel gemakkelijk te zien zijn, zijn veel meer vage vlekken verborgen tussen de sterren, wachtend om in de toekomst door Euclid te worden ontmaskerd. Hoewel het beeld zeer gedetailleerd is, beslaat het hemeloppervlak slechts een kwart van de breedte en hoogte van de volle maan. Dat is een miljoenste van het totale gebied aan de hemel dat Euclid in kaart gaat brengen in de komende zes jaar. Het Euclid-team schrok toen het instrument voor het eerst werd aangezet: een onverwacht lichtpatroon vervuilde de beelden. Vervolgonderzoek wees uit dat er wat zonlicht de telescoop binnensloop, waarschijnlijk door een kleine opening. Nadat Euclid was gedraaid, bleek dit licht alleen te worden opgevangen bij specifieke oriëntaties, dus door bepaalde hoeken te vermijden kan VIS zijn missie vervullen. Euclids Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP)-instrument heeft een dubbele rol: sterrenstelsels vastleggen in infrarood licht en de hoeveelheid licht meten die sterrenstelsels op verschillende golflengten uitzenden. Met dat laatste kan worden bepaald hoe ver weg elk sterrenstelsel staat. Door informatie over de afstand te combineren met informatie over de vorm van de sterrenstelsels die door VIS is gemeten, zal in kaart worden gebracht hoe sterrenstelsels over het heelal zijn verdeeld en hoe deze verdeling in de loop van de tijd verandert. Uiteindelijk zal deze 3D-kaart informatie opleveren over de geheimzinnige donkere materie (die zijn zwaartekracht uitoefent op gewone materie) en donkere energie (die waarschijnlijk de huidige versnelling van de uitdijing van het heelal aanstuurt). 
→ Oorspronkelijk persbericht

19 juli 2023
Een team van astrofysici, onder wie Katherine Freese van de Universiteit van Texas in Austin (VS), heeft beelden van de Webb-ruimtetelescoop geanalyseerd en drie mogelijke ‘donkere sterren’ ontdekt – theoretische objecten die veel groter en helderder zijn dan onze zon en en worden aangedreven door uiteenvallende deeltjes donkere materie. Als dit bevestigd wordt, zouden donkere sterren de aard van de donkere materie kunnen onthullen (PNAS, 11 juli). Hoewel donkere materie ongeveer een kwart van het heelal uitmaakt, is nog steeds onduidelijk waaruit zij bestaat. Een van de mogelijkheden dat het om een nieuw type elementair deeltje gaat: WIMP’s (het Engelse acroniem voor Weakly Interacting Massive Particles). Wanneer deze deeltjes op elkaar botsen, annihileren ze zichzelf, waarbij ze warmte afgeven aan samentrekkende wolken van waterstofgas en deze omzetten in kolossale, helder stralende sterren die (verwarrend genoeg) ‘donkere sterren’ worden genoemd. Op basis van de waargenomen eigenschappen van deze superzware sterren zouden we meer te weten kunnen komen over donkere materie. Vervolgwaarnemingen van Webb van de spectroscopische eigenschappen van deze objecten - waaronder een tekort of overmaat aan lichtintensiteit op bepaalde golflengten – kan helpen bevestigen of deze kandidaat-objecten inderdaad donkere sterren zijn. De bevestiging van het bestaan van donkere sterren zou ook een ander probleem kunnen oplossen: de ontdekking dat er te veel grote sterrenstelsels in het vroege heelal zijn om aan de voorspellingen van het standaardmodel van de kosmologie te voldoen. Als sommige van de objecten die op vroege sterrenstelsels lijken in werkelijkheid donkere sterren zijn, zouden computersimulaties van de vorming van sterrenstelsels beter overeenkomen met de waarnemingen. De drie potentiële donkere sterren (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 en JADES-GS-z11-0) werden in december vorig jaar als sterrenstelsels geïdentificeerd in het kader van de Advanced Deep Extragalactic Survey van de Webb-ruimtetelescoop. Door middel van spectroscopische analyse heeft het JADES-team kunnen vaststellen dat de objecten zijn waargenomen op momenten variërend van ongeveer 320 miljoen tot 400 miljoen jaar na de oerknal, waarmee ze tot de vroegste kosmische objecten behoren die ooit zijn waargenomen. Donkere sterren kunnen theoretisch enkele miljoenen keren zo zwaar worden als onze zon worden en tot wel 10 miljard keer zo helder. Dit betekent dat één donkere ster net zoveel licht kan produceren als een compleet sterrenstelsel. (EE)

17 juli 2023
In een artikel in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society presenteert de Canadese astrofysicus Rajendra Gupta (Universiteit van Ottawa) een speculatieve theorie die stelt dat het heelal niet 13,8 miljard jaar oud is, maar 26,7 miljard jaar – bijna twee keer zo oud dus. Volgens het standaardmodel van de kosmologie vond de oerknal ca. 13,8 miljard jaar geleden plaats. Dat blijkt onder andere uit bestudering van de roodverschuiving van verre sterrenstelsels. Tijdens hun lange reis naar de aarde worden de lichtgolven van verre stelsels 'opgerekt' door de uitdijing van het heelal. Onderzoek aan de relatie tussen die roodverschuiving en de afstand van de stelsels vertelt je dus hoe snel het heelal uitdijt, en daaruit volgt een leeftijdsbepaling. Recente waarnemingen van de James Webb Space Telescope lijken echter moeilijk te verenigen met die kosmische leeftijd van 13,8 miljard jaar. Webb ontdekte relatief zware sterrenstelsels die slechts een paar honderd miljoen jaar na de oerknal al zouden zijn ontstaan – onwaarschijnlijk snel. Daarnaast is er in ons eigen Melkwegstelsel een ster ontdekt (Methuselah genaamd) die ogenschijnlijk ouder is dan 13,8 miljard jaar. Gupta suggereert nu dat de roodverschuiving niet louter het gevolg is van de uitdijing van het heelal, maar voor een deel veroorzaakt wordt door het 'vermoeid' raken van licht in de loop van de tijd – een nooit bevestigd idee dat  honderd jaar geleden al voor het eerst werd geopperd door de Amerikaanse astronoom Fritz Zwicky. Daarnaast neemt Gupta aan dat verschillende koppelingsconstanten die de relatieve sterktes van de verschillende natuurkrachten beschrijven in de loop van de tijd evolueren – ook daar zijn overigens geen directe aanwijzingen voor. Volgens Gupta's artikel is dit nieuwe model  (CCC+TL genaamd, wat staat voor Covarying Coupling Constants plus Tired Light) goed in overeenstemming met bestaande waarnemingen aan verre supernova's en met de waarnemingen van de Webb-telescoop. In het nieuwe model bedraagt de leeftijd van het heelal 26,7 miljard jaar, waardoor er veel meer tijd is geweest voor het ontstaan en de vroege evolutie van de eerste sterrenstelsels. De vraag is natuurlijk of deze (nogal gekunstelde en 'op maat bedachte') theorie niet veel onwaarschijnlijker is dan andere voorgestelde verklaringen om de Webb-waarnemingen in overeenstemming te brengen met het kosmologische standaardmodel, dat overigens in detail ondersteund wordt door metingen aan de kosmische achtergrondstraling. Vooralsnog lijkt de kans klein dat het succesvolle standaardmodel het veld moet ruimen. (GS)
→ Vakpublicatie over het onderzoek

3 juli 2023
Wie het verre heelal bekijkt, ziet de tijd trager verstrijken. Dat is een directe consequentie van de uitdijing van de kosmos. Als gevolg van die universele uitdijing worden lichtgolven van zeer verre objecten niet alleen uitgerekt tot rodere golflengten (de zogeheten roodverschuiving), maar zien we gebeurtenissen in het verre heelal zich ook trager afspelen: de tijd die verstrijkt tussen twee tikken van een kosmische standaardklok wordt immers ook 'opgerekt' door de uitdjing van de lege ruimte. Dit effect was eerder al waargenomen in het licht van verre supernova's, maar is nu ook ontdekt in waarnemingen van extreem verre quasars - de heldere kernen van sterrenstelsels. Quasars vertonen relatief snelle variaties in helderheid, en hoewel die niet strikt regelmatig optreden, kan een statistisch onderzoek aan de variaties van vele tientallen quasars op verschillende afstanden toch het voorspelde tijdvertragingseffect te zien geven. Geraint Lewis van de Universiteit van Sydney en zijn collega's hebben nu 190 quasars op verschillende grote afstanden in het heelal bestudeerd. De verste quasars staan zo ver weg dat hun licht er ongeveer 12,5 miljard jaar over deed om op aarde aan te komen; we zien ze dus zoals ze er ruim een miljard jaar na de oerknal uitzagen. Uit de analyse van de astronomen, vandaag gepubliceerd in Nature Astronomy, blijkt inderdaad dat quasars trager 'knipperen' naarmate ze verder weg staan, precies in overeenstemming met de voorspellingen. Voor de verste quasars bedraagt die vertraging een factor 5. Het resultaat is belangrijk omdat eerdere onderzoeken de voorspelde vertraging bij quasars niet wisten aan te tonen. Dat leidde ertoe dat sommige sterrenkundigen begonnen te twijfelen aan de ware aard van quasars en/of aan de gangbare theorieën over de uitdijing van het heelal. De nieuwe publicatie van Lewis en zijn collega's vormt echter een overtuigende bevestiging van de juistheid van de huidige inzichten. (GS)
→ Vakpublicatie over het onderzoek

1 juli 2023
Het ruimtevaartuig Euclid van ESA werd op 1 juli om 17.12 u. CEST met een SpaceX Falcon 9 raket gelanceerd vanaf Cape Canaveral Space Force Station in Florida, VS. De succesvolle lancering markeert het begin van een ambitieuze missie om de aard van twee mysterieuze componenten van ons heelal, donkere materie en donkere energie, bloot te leggen en om ons te helpen bij het beantwoorden van de fundamentele vraag: waaruit bestaat het heelal? Na de lancering en afkoppeling van de raket bevestigde het European Space Operations Centre (ESOC) van ESA in Darmstadt, Duitsland, dat het grondstation New Norcia in Australië om 17.57 u. CEST een signaal van Euclid had opgepikt. "De succesvolle lancering van Euclid betekent het begin van een nieuwe wetenschappelijke inspanning om ons te helpen een van de meest dwingende vragen van de moderne wetenschap te beantwoorden," zegt directeur-generaal van ESA Josef Aschbacher. Euclid zal miljarden sterrenstelsels tot op 10 miljard lichtjaren afstand observeren om de grootste, meest nauwkeurige 3D-kaart van het heelal te maken, waarbij de derde dimensie de tijd zelf voorstelt. Deze gedetailleerde kaart van de vorm, positie en beweging van sterrenstelsels zal ons inzicht geven in hoe materie is verspreid over immense afstanden en hoe de uitdijing van het heelal zich heeft ontwikkeld in de loop van de kosmische geschiedenis. Hieruit kunnen astronomen de eigenschappen van donkere energie en donkere materie afleiden. Dit zal theoretici helpen om de rol van zwaartekracht beter te begrijpen en de aard van deze raadselachtige entiteiten vast te stellen. In de komende vier weken zal Euclid naar Lagrange-punt 2 op de as zon-aarde reizen, een evenwichtspunt van het zon-aardestelsel dat zich op 1,5 miljoen km van de aarde bevindt (ongeveer vier keer de afstand van de aarde tot de maan) in tegenovergestelde richting van de zon. Daar wordt Euclid in een baan rond dit punt gemanoeuvreerd en beginnen de missiecontrollers met de activiteiten om alle functies van het ruimteschip te verifiëren, de telescoop te controleren en uiteindelijk de wetenschappelijke instrumenten aan te zetten. Wetenschappers en ingenieurs zullen vervolgens twee maanden lang intensief bezig zijn met het testen en kalibreren van de wetenschappelijke instrumenten van Euclid en de voorbereiding op routinewaarnemingen. Gedurende zes jaar zal Euclid met een ongekende nauwkeurigheid en sensitiviteit een derde deel van de hemel in kaart brengen.
→ Origineel persbericht

28 juni 2023
Als alles volgens plan verloopt, zal komende zaterdag (1 juli) de Europese ruimtetelescoop Euclid oftewel Euclides worden gelanceerd. Euclid heeft tot taak om de grootste en meest nauwkeurige 3D-kaart van het heelal te maken door miljarden sterrenstelsels tot op tien miljard lichtjaren afstand te observeren. Hij zal in kaart brengen hoe het heelal is uitgedijd en hoe grote kosmische structuren zoals (clusters van) sterrenstelsels over ruimte en tijd zijn verdeeld. Op die manier hopen astronomen meer te weten te komen over twee raadselachtige, dominante kosmische verschijnselen: de donkere materie en de donkere energie. Donkere materie en donkere energie zijn elkaars tegenpolen. Net als normale materie oefent donkere materie een aantrekkende kracht uit op haar omgeving, maar ze absorbeert of weerkaatst geen licht of andere elektromagnetische straling en zendt die zelf ook niet uit. Hierdoor is donkere materie niet rechtstreeks waarneembaar. Om toch inzicht te krijgen in de verdeling van de donkere materie, maakt Euclid gebruik van het zwaartekrachtlenseffect: de wijze waarop de zwaartekracht van donkere materie het licht van sterrenstelsels en andere objecten afbuigt. Donkere energie is zo mogelijk nog raadselachtiger: dat is een hypothetische vorm van energie die verantwoordelijk wordt gehouden voor het steeds sneller uitdijen van het heelal. Donkere energie is gelijkmatig verdeeld over de ruimte en oefent juist een afstotende kracht uit. Tezamen zijn donkere materie en donkere energie goed voor 95% van alle massa/energie in het heelal. Euclid wordt zaterdag om 17.11 uur Nederlandse tijd vanaf Cape Canaveral in Florida (VS) gelanceerd met een Falcon 9-raket van SpaceX. Bij slecht weer wordt uitgeweken naar zondag 2 juli. De lancering is live te volgen via ESA Web TV en een YouTube livestream. De ruimtetelescoop zal niet in baan om de aarde worden gebracht, maar wordt naar het zogeheten lagrangepunt L2 gedirigeerd, waar onder meer ook de ruimtetelescopen Gaia en Webb zijn ondergebracht. Deze locatie ligt van de zon uit gezien anderhalf miljoen kilometer achter de aarde. De reis ernaartoe duurt drie maanden. (EE)
→ Euclid launch kit

5 april 2023
De allereerste sterren in het heelal waren doorgaans niet alleen, maar vormden groepen en groepjes. Dat concluderen Tilman Hartwig (Universiteit van Tokio) en zijn collega’s in een recent artikel in The Astrophysical Journal, na vergelijking van waarnemingen met computerberekeningen. Niemand heeft ooit een echte eerste-generatiester gezien. Deze zware sterren (om historische redenen ook wel Populatie III-sterren genoemd) zijn kort na de oerknal ontstaan uit oerwolken van waterstof en helium, en leefden slechts een paar miljoen jaar voordat ze hun bestaan met een supernova-explosie afsloten. Er is weinig bekend over de omstandigheden van hun ontstaan, of over hun massa’s – informatie die cruciaal is voor een beter begrip van de vorming en vroege evolutie van de allereerste sterrenstelsels. Om meer te weten te komen over de eerste generatie sterren hebben Hartwig en zijn Japanse collega’s de samenstelling van de tweede generatie bestudeerd. Deze zogeheten Populatie II-sterren worden geboren uit interstellaire wolken die al licht verrijkt zijn met zwaardere elementen, die in de kernen van Populatie III-sterren zijn geproduceerd en bij de explosies van deze vroegere sterren de ruimte in zijn geblazen. Dankzij gedetailleerde berekeningen van de kernfusieprocessen die zich in sterren afspelen, weten astronomen welke mix van elementen Populatie III-supernovae van verschillende massa’s zouden moeten opleveren. Door de opbrengst van deze supernovae te vergelijken met de waargenomen hoeveelheden zware elementen in een Populatie II-ster, kunnen sterrenkundigen vaststellen of deze ster van de volgende generatie is ontstaan uit materiaal dat is verrijkt door één enkele supernova of door meerdere explosies in hetzelfde gebied. Het onderzoeksteam heeft archiefgegevens verzameld over de samenstelling van 462 Populatie II-sterren (ook wel extreem metaalarme sterren genoemd) in ons eigen Melkwegstelsel. Samen met hun eigen theoretische resultaten over het aantal supernova’s hebben ze deze gegevens ingevoerd in een neuraal netwerk dat ‘machinaal leert’. Het resultaat: maar een derde van de sterren blijkt te zijn gevormd uit materiaal dat door slechts één supernova is verrijkt. Volgens de auteurs betekent dit dat meeste extreem metaalarme sterren waarschijnlijk multi-verrijkt zijn, wat suggereert dat de eerste sterren in kleine groepen zijn ontstaan. Echt verrassend is dat misschien niet: voor de meeste zware sterren die vandaag de dag worden geboren geldt hetzelfde. (GS/EE)
→ The First Stars Weren’t Born Alone

16 februari 2023
Superzware zwarte gaten kunnen de bron zijn van de geheimzinnige donkere energie en de versnellende uitdijing van het heelal, zo blijkt uit waarnemingen van oude, ‘slapende’ sterrenstelsels met zwarte gaten in hun centrum (The Astrophysical Journal & The Astrophysical Journal Letters, 15 februari). De wetten van de natuurkunde suggereren dat de zwaartekracht ervoor zou moeten zorgen dat ons heelal samentrekt. Maar een mysterieuze kracht, die astronomen ‘donkere energie’ noemen, lijkt dit tegen te werken en er juist voor te zorgen dat de kosmos in steeds rapper tempo uitdijt. Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van astronomen van de Universiteit van Hawaï te Mānoa denkt nu voor het eerst observationeel bewijs te hebben gevonden dat een verband legt tussen donkere energie en zwarte gaten. Daarbij hebben ze specifiek gekeken naar populaties van zogeheten elliptische sterrenstelsels op uiteenlopende afstanden. Elliptische sterrenstelsels zijn enorm groot en hebben zich al vroeg gevormd. Astronomen denken dat ze het resultaat zijn van botsingen tussen kleinere sterrenstelsels. Door alleen naar elliptische sterrenstelsels te kijken die geen tekenen van recente activiteit vertonen, denkt het team erop te kunnen vertrouwen dat eventuele veranderingen in de massa’s van de zwarte gaten in deze sterrenstelsels niet door bekende processen, zoals het opslokken van stellaire materie (accretie) of onderlinge fusies, zijn veroorzaakt. Vanuit deze gedachte hebben de astronomen onderzocht hoe de massa’s van de zwarte gaten in de kernen van de sterrenstelsels de afgelopen negen miljard jaar zijn veranderd. Als de massagroei van de zwarte gaten volledig voor rekening zou komen van accretie en/of fusies, zouden hun massa’s naar verwachting niet erg zijn toegenomen. Maar de astronomen hebben ontdekt dat hoe verder zij terugkeken in de tijd, hoe kleiner de massa’s van de zwarte gaten waren ten opzichte van de huidige waarden. De verschillen zijn groot: de zwarte gaten in de kernen van de huidige sterrenstelsels bevatten zeven tot twintig keer zoveel massa als die van negen miljard jaar geleden. Volgens de onderzoekers kan dit erop wijzen dat de groei van de zwarte gaten op de een of andere manier gekoppeld is aan de versnellende uitdijing van het heelal – de donkere energie dus. Ze onderbouwen dit vermoeden met modelberekeningen die gebaseerd zijn op een interpretatie van de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, die zegt dat zwarte gaten zogeheten vacuümenergie bevatten. En uit hun berekeningen blijkt dat de gezamenlijke vacuümenergie van alle zwarte gaten die vroeg in de geschiedenis van het heelal zijn ontstaan in overeenstemming is met de gemeten hoeveelheid donkere energie in ons heelal. Dat klinkt bijna te mooi om waar te zijn, en collega-wetenschappers wijzen er dan ook op dat de theoretische onderbouwing van het nieuwe onderzoek niet erg stevig is. Ook is nog veel onbekend over het groeiproces van elliptische sterrenstelsels en de daarin aanwezige zwarte gaten. Kortom: wordt vervolgd! (EE)
→ First observational evidence linking black holes to dark energy

31 januari 2023
Astronomen hebben de resultaten gepubliceerd van een van de meest nauwkeurige surveys van de verdeling van de materie in ons heelal die tot nu toe zijn gedaan. Bij het onderzoek zijn de gegevens gecombineerd van waarnemingen met twee telescopen: de Dark Energy Survey en de South Pole Telescope. Meer dan 150 wetenschappers waren bij de survey betrokken (Physical Review D., 31 januari). Bij de oerknal, bijna 14 miljard jaar geleden, ontstond alle materie in het heelal, die vervolgens afkoelde en samenklonterde. Wetenschappers zijn zeer geïnteresseerd in het precieze verloop van dit proces, en door na te gaan waar alle materie is terechtgekomen proberen ze te reconstrueren wat er is gebeurd, en welke krachten daarbij een rol moeten hebben gespeeld. Voor dit doel moeten ze om te beginnen enorme hoeveelheden gegevens verzamelen met telescopen. Bij het nu gepubliceerde onderzoek hebben astronomen gebruik gemaakt van twee zeer verschillende telescopen: de telescoop van de Dark Energy Survey, die gedurende zes jaar de hemel bespiedde vanaf een bergtop in Chili, en de South Pole Telescope, die vanaf Antarctica de zwakke restanten registreert van straling die kort na de oerknal vrijkwam. Door twee verschillende meetmethoden met elkaar te combineren, is de kans kleiner dat het eindresultaat door een fout in de ene of de andere methode wordt verpest. In beide gevallen werd gekeken naar een verschijnsel dat gravitationele lensvorming heet. Licht dat door het heelal reist wordt enigszins afgebogen als het een massarijk object passeert, zoals een sterrenstelsel. Dat geldt voor zowel normale materie als voor donkere materie – een raadselachtige vorm van materie die onzichtbaar is, maar wel invloed uitoefent op zijn omgeving. Door de beide reeksen meetgegevens nauwkeurig te analyseren, hebben de wetenschappers naar eigen zeggen nauwkeuriger dan ooit kunnen nagaan waar alle materie is terechtgekomen in het heelal. In grote lijnen sluiten de nieuwe resultaten goed aan bij de meest gangbare theorie over het ontstaan van ons heelal. Maar volmaakt is de overeenstemming niet: het lijkt erop dat er wat minder dichtheidsfluctuaties zijn in het huidige heelal dan op grond van het kosmologische standaardmodel mag worden verwacht. Dat wil zeggen: als je een model maakt waarin alle thans aanvaarde natuurkundige wetten zijn opgenomen, en de metingen van kort na de oerknal extrapoleert naar nu, vind je resultaten die enigszins afwijken van wat we nu om ons heen waarnemen – iets wat overigens ook bij eerdere onderzoeken al was geconstateerd. Meer bepaald blijkt uit de recente metingen dat het heelal minder ‘klonterig’ is – in bepaalde gebieden geclusterd in plaats van gelijkmatig verspreid – dan het model zou voorspellen. Als dit soort onderzoeken dezelfde resultaten blijven opleveren, kan dat betekenen dat er iets ontbreekt in ons bestaande model van het heelal. (EE)
→ Scientists release newly accurate map of all the matter in the universe

28 november 2022
Met behulp van gegevens van de Indiase SARAS3-radiotelescoop is een onderzoeksteam onder leiding van promovendus Harry Bevins van de Universiteit van Cambridge meer te weten gekomen over de kenmerken van de eerste sterren en sterrenstelsels in het zeer vroege heelal (Nature Astronomy, 28 november). Paradoxaal genoeg ontlenen de onderzoekers hun nieuwe inzichten aan het feit dat het signaal waarnaar zij zochten – de zogeheten 21-centimeterlijn van waterstof – níét werd gevonden. Dankzij deze non-detectie kunnen ze beperkingen opleggen aan de eerste sterrenstelsels die 200 miljoen jaar na de oerknal hebben bestaan. Hoewel we deze vroege sterrenstelsels nog niet rechtstreeks kunnen waarnemen, helpen de nieuwe resultaten ons begrijpen hoe het heelal is veranderd van een grotendeels lege ruimte naar een heelal vol sterren. Inzicht in het vroege heelal, toen de eerste sterren en sterrenstelsels werden gevormd, is een van de belangrijkste doelstellingen van de nieuwe grote sterrenwachten die in aanbouw zijn. Een daarvan, de Square Kilometre Array (SKA) die tegen het einde van dit decennium bedrijfsklaar moet zijn, zal waarschijnlijk opnamen kunnen maken van het vroege heelal, maar voor de huidige telescopen bestaat de uitdaging erin het kosmologische signaal van de eerste sterren te detecteren, zoals dat door dichte wolken van waterstofgas wordt heruitgezonden. Dit radiosignaal – de 21-centimeterlijn - wordt geproduceerd door waterstofatomen in het vroege heelal. Anders dan de recent gelanceerde Webb-ruimtetelescoop, waarmee individuele sterrenstelsels in het vroege heelal rechtstreeks in beeld kunnen worden gebracht, kan het onderzoek van de 21-centimeterlijn met radiotelescopen ons iets vertellen over hele populaties van nóg vroegere sterrenstelsels. Om dit signaal te detecteren, zoeken astronomen naar radiostraling van waterstofatomen in het vroege heelal, die is beïnvloed door het licht van de eerste sterren en de straling achter de ‘waterstofmist’. Eerder dit jaar hebben dezelfde onderzoekers een methode ontwikkeld waarmee zij naar eigen zeggen door deze mist heen kunnen kijken en licht van de eerste sterren kunnen detecteren. Sommige van deze technieken zijn bij het huidige onderzoek al in de praktijk gebracht. In 2018 heeft een andere onderzoeksgroep, die het zogeheten EDGES-experiment uitvoert, een resultaat gepubliceerd dat hintte op een mogelijke detectie van dit vroegste licht. Tot nu toe is het echter niet gelukt om dit resultaat te bevestigen, en recente SARAS3-gegevens lijken het te ondergraven. Bij hun nieuwe analyse van de SARAS3-gegevens heeft het team van Bevins en collega’s verschillende astrofysische scenario’s getest die het EDGES-resultaat zouden kunnen verklaren, maar daarbij geen overeenkomstig signaal gevonden. Wel kon het team enkele beperkingen opleggen aan de eigenschappen van de eerste sterren en sterrenstelsels. Het onderzoek sluit met name die scenario’s uit waarin, zoals het EDGES-experiment suggereerde, de vroegste sterrenstelsels op radiogolflengten meer dan duizend keer zo helder waren als de huidige sterrenstelsels, maar slechts matige opwarmers van waterstofgas. De gegevens onthullen ook iets waarop al eerder is gezinspeeld, namelijk dat de eerste sterren en sterrenstelsels een meetbare bijdrage kunnen hebben geleverd aan de kosmische achtergrondstraling, die een overblijfsel is van de oerknal. (EE)
→ Non-detection of key signal allows astronomers to determine what the first galaxies were – and weren’t – like

19 oktober 2022
Een onderzoeksteam onder leiding van Dillon Brout van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) heeft een nieuwe analyse uitgevoerd – Pantheon+ geheten – die precieze grenzen stelt aan de samenstelling en evolutie van het heelal. De analyse bevestigt opnieuw dat de kosmos voor ongeveer tweederde uit donkere energie bestaat en voor éénderde uit donkere materie. Ook laat Pantheon+ zien dat het heelal de laatste miljarden jaren steeds sneller is gaan uitdijen (The Astrophysical Journal, 19 oktober). Pantheon+ is gebaseerd op waarnemingen van meer dan 1500 supernova’s van type Ia. Deze heldere sterexplosies ontstaan wanneer witte dwergsterren – de compacte overblijfselen van sterren zoals onze zon – teveel massa verzamelen en een thermonucleaire reactie ondergaan. Bij een supernova van type Ia komt zoveel licht vrij, dat de explosie tot op afstanden van meer dan 10 miljard lichtjaar te zien is. Een prettige bijkomstigheid is dat alle supernova’s van dit type ruwweg even helder zijn. Hierdoor kun je aan de helderheid van de explosie zien op welke afstand hij zich afspeelt. In combinatie met metingen van de roodverschuiving levert dat weer informatie op over de snelheid waarmee het heelal ten tijde van de explosie uitdijde. In 1998 leidden dit soort metingen tot de ontdekking dat ons heelal in steeds sneller uitdijt. Dat wordt toegeschreven aan een alomaanwezige vorm van energie die gelijkmatig over het heelal is verdeeld: de zogeheten donkere energie. Door meer supernova’s op steeds grotere afstanden te ontdekken, hopen astronomen meer te weten te komen over dit mysterieuze kosmische ingrediënt. Pantheon+ brengt de meest recente resultaten bij elkaar. De nieuwe cijfers geven aan dat 66,2 procent van het heelal uit donkere energie bestaat, en de overige 33,8 procent uit een combinatie van donkere en ‘normale’ materie. Een andere uitkomst van de analyse heeft betrekking op de huidige uitdijingssnelheid van het heelal, die bekendstaat als de Hubble-constante. Door de gegevens van Pantheon+ en het onderzoeksprogramma SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State) met elkaar samen te voegen, komen Brout en zijn collega’s tot een Hubble-constante van 73,4 kilometer per seconde per megaparsec, met een onzekerheid van slechts 1,3 procent. Anders gezegd: voor elke megaparsec (3,26 miljoen lichtjaar) dijt de ruimte in het nabije heelal met een snelheid van ruim 260.000 kilometer per uur uit. Onderzoek van een veel vroegere kosmische periode geeft echter een ander beeld. Metingen van de kosmische achtergrondstraling (straling die kort na de oerknal is ontstaan) in combinatie met het huidige standaardmodel voor het ontstaan van het heelal komen steevast uit op een aanzienlijk lagere Hubble-constante. De constatering dat de twee methodes op gespannen voet staan met elkaar, wordt de ‘Hubble-spanning’ genoemd. Door de nieuwe gegevens van Pantheon+ en SH0ES is deze Hubble-spanning toegenomen. In feite is deze nu de zogeheten 5-sigma grens gepasseerd. Dat betekent dat de kans dat de discrepantie op statistisch toeval berust kleiner is dan één op een miljoen. De Hubble-spanning is dus nog lang niet opgelost. (EE)
→ The most precise accounting yet of dark energy and dark matter

24 augustus 2022
De zwaartekracht was miljarden jaren geleden even sterk als nu. Dat concluderen sterrenkundigen op basis van een analyse van waarnemingen die de afgelopen jaren zijn uitgevoerd in het kader van de Dark Energy Survey. Donkere energie is de mysterieuze energie in de lege ruimte die verantwoordelijk geacht wordt voor de huidige versnelling van de uitdijing van het heelal. De ware aard ervan is onbekend; sommige theorieën proberen de versnellende uitdijing te verklaren met behulp van modellen waarin de zwaartekrachtconstante (een maat voor de sterkte van de zwaartekracht) in de loop van de tijd verandert. Dat zou in tegenspraak zijn met Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie - de beste zwaartekrachttheorie waarover wetenschappers momenteel beschikken. De Dark Energy Survey (DES) is uitgevoerd met een speciale camera op de 4-meter Victor M. Blanco-telescoop op het Cerro Tololo Inter-American Observatory in Noord-Chili. Van honderden miljoenen verre sterrenstelsels is nauwkeurig de helderheid en de vorm opgemeten. De beeldjes van die verre stelsels worden licht vervormd door de zwaartekracht van kosmische materie die zich tussen het stelsel en de aarde bevindt. Daarbij gaat het voornamelijk om concentraties van donkere materie. Uit de DES-metingen blijkt dat de afmetingen en de ruimtelijke verdeling van zulke donkerematerieconcentraties in de afgelopen acht miljard jaar gemiddeld genomen niet zijn veranderd. Bij een evoluerende zwaartekrachtconstante zou dat wél het geval zijn geweest. De resultaten zijn gepresenteerd op COSMO'22 (Conference on Particle Physics and Cosmology) in Rio de Janeiro. Vooralsnog lijkt het er dus op dat Einsteins relativiteitstheorie nog steeds de beste beschrijving is van de zwaartekracht. De ware aard van de donkere energie (en trouwens ook van de al even mysterieuze donkere materie) is daarmee overigens niet opgehelderd. Toekomstige ruimtemissies die vergelijkbare waarnemingen gaan doen op nog veel grotere afstanden zullen daar wellicht verandering in brengen. Kosmologen kijken vooral reikhalzend uit naar de resultaten vande Europese ruimtetelescoop Euclid (lancering op z'n vroegst in 2023) en de Amerikaanse tegenhanger, de Nancy Grace Roman Space Telescope, die uiterlijk in 2027 gelanceerd moet worden. (GS)
→ Origineel persbericht

21 juni 2022
Een internationaal team van radioastronomen heeft de kracht van 64 schotelantennes gecombineerd om de zwakke structuur van neutraal waterstofgas op kosmologische schaal te detecteren. Dit is gedaan met behulp van de in Zuid-Afrika gestationeerde MeerKAT-radiotelescoop – een voorloper van wat straks de grootste radiosterrenwacht ter wereld moet worden: het SKA Observatory (SKAO). Een van de hoofdtaken van SKAO is het onderzoek van de evolutie van het heelal. Daartoe zal de structuur van het heelal tot op de grootste schalen in kaart worden gebracht. Op deze schalen kunnen sterrenstelsels als afzonderlijke punten worden beschouwd en geeft hun verdeling aanwijzingen over de aard van de zwaartekracht en over mysterieuze zaken als de donkere materie en de donkere energie. Radiotelescopen zijn bij uitstek geschikt voor dit soort onderzoek, omdat zij de straling op golflengten van 21 centimeter kunnen detecteren zoals die van nature wordt uitgezonden door neutraal waterstofgas – het meest voorkomende element in het heelal. Door waterstof tot op afstanden van miljoenen lichtjaren op te sporen, kunnen astronomen de verdeling van de kosmische materie in kaart brengen. SKAO is nog in aanbouw, maar een stukje ervan – de 64 schotels tellende MeerKAT-array in de Karoo-woestijn in Zuid-Afrika – is al in bedrijf. Net als SKAO zal MeerKAT vooral als interferometer worden gebruikt. Daarbij worden zijn schotelantennes gecombineerd tot één reusachtige telescoop waarmee gedetailleerde afbeeldingen van verre objecten kunnen worden gemaakt. Als interferometer zal SKAO echter niet gevoelig genoeg zijn om de grootschalige structuur van het heelal te onderzoeken. Daarom hebben de radioastronomen MeerKAT nu gebruikt als een verzameling van 64 afzonderlijke radiotelescopen, en de signalen van deze schotels bij elkaar ‘opgeteld’. Het is voor het eerst dat deze ‘multi-dish auto-correlation intensity mapping’-techniek voor kosmologische onderzoeksdoeleinden is ingezet. Bij het onderzoek is gekeken naar een hemelgebied dat tussen 2006 en 2011 is verkend met de optische Anglo-Australian Telescope (AAT). Met de AAT is destijds de verdeling van verre sterrenstelsels in dit gebied in kaart gebracht. En de nieuwe Meerkat-resultaten tonen een (statistisch) vergelijkbare verdeling van neutraal waterstofgas. Daarmee is aangetoond dat ook het SKA Observatory met behulp van deze techniek de ruimtelijk verdeling van neutraal waterstof op grote kosmische afstanden goed in kaart zal kunnen brengen. (EE)
→ Astronomers link 64 telescopes to observe the structure of the Universe ahead of the SKAO launch

7 juni 2022
De 'dark ages' in de prille jeugd van het heelal duurden langer dan tot nu toe werd gedacht. Deze donkere oertijd begon zo'n 380.000 jaar na de oerknal, toen het heelal voldoende was afgekoeld voor de vorming van elektrisch neutrale waterstofatomen. Omdat er toen nog geen lichtbronnen in het heelal waren, was de hele kosmos gehuld in diepe duisternis. Na ongeveer honderd miljoen jaar ontstonden de eerste sterren, die met hun energierijke ultraviolette straling het neutrale waterstofgas weer ioniseerden. Die fase wordt wel de 'kosmische dageraad' genoemd. Het duurde echter veel langer voordat alle intergalactische waterstofatomen geïoniseerd waren (bij ionisatie wordt een waterstofatoom weer gesplitst in afzonderlijke positief geladen atoomkernen en negatief geladen elektronen). Tot nu toe werd algemeen aangenomen dat het einde van de 'dark ages' - het moment waarop al het waterstofgas in de intergalactische ruimte geïoniseerd was - ongeveer 900 miljoen jaar na de oerknal plaatsvond. Nieuwe precisiemetingen wijzen nu echter uit dat dat circa tweehonderd miljoen jaar later plaatsvond, toen het heelal een leeftijd had van 1,1 miljard jaar. Dit moment wordt door kosmologen aangeduid als de EoR, wat staat voor 'end of reionization'. De nieuwe resultaten zijn verkregen door een groep sterrenkundigen onder leiding van Sarah Bosman van het Max Planck Instituut voor Astronomie in Heidelberg. Bosman en haar collega's gebruikten de gevoelige X-shooter spectrograaf op de Europese Very Large Telescope in Chili om spectroscopische waarnemingen te doen aan 67 zeer ver verwijderde quasars - de extreem heldere kernen van jonge sterrenstelsels waarin zich superzware zwarte gaten schuilhouden. Neutraal waterstof absorbeert straling met een golflengte van 121,6 nanometer (in het ultraviolette deel van het spectrum), maar doordat het quasarlicht zo lang onderweg is geweest door het uitdijende heelal, wordt die zogeheten absorptielijn op aarde waargenomen op infrarode golflengten. De waargenomen golflengteverschuiving is een directe maat voor de 'terugkijktijd', en door de metingen aan de 67 quasars (op verschillende afstanden) met elkaar te vergelijken konden de astronomen concluderen dat het einde van het reïonisatietijdperk ongeveer 1,1 miljard jaar na de oerknal plaatsvond. De nieuwe resultaten zijn vandaag gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. (GS)
→ Origineel persbericht

19 mei 2022
De afgelopen dertig jaar heeft de Hubble-ruimtetelescoop meer dan veertig ‘mijlpalen’ in de ruimte en tijd gekalibreerd, die astronomen in staat stellen om de uitdijingssnelheid van het heelal – uitgedrukt in de zogeheten Hubble-constante – te bepalen. Het resultaat is nauwkeuriger dan ooit, maar helemaal bevredigend is de uitkomst niet. In de jaren 20 van de vorige eeuw deden astronomen voor het eerst pogingen om de uitdijingssnelheid van het heelal te meten. Daartoe moesten de afstanden van sterrenstelsels worden bepaald, evenals de snelheden waarmee zij zich van ons verwijderen. Mettertijd zijn deze metingen steeds nauwkeuriger geworden, en uiteindelijk leidde dit in 1998 zelfs tot de ontdekking van ‘donkere energie’ – een nog onbegrepen afstotende kracht die de uitdijing van het heelal doet versnellen. De afgelopen jaren is daar nog een ander raadsel bij gekomen. Uit gegevens van de Hubble-ruimtetelescoop en andere telescopen blijkt dat de uitdijingssnelheid zoals die in het lokale heelal – onze kosmische ‘achtertuin’ wordt gemeten niet goed aansluit bij waarnemingen van het heelal kort na de oerknal. Ook de nieuwste metingen met de Hubble-ruimtetelescoop laten deze eveneens onbegrepen discrepantie niet verdwijnen. Ze bevestigen het idee dat er iets vreemds aan de hand is met het heelal, al weet niemand nog precies wát. Een van de belangrijkste drijfveren om een grote telescoop in de ruimte te stationeren was om nauwkeurige waarnemingen te kunnen doen van zogeheten cepheïden: sterren die met grote regelmaat helderder en zwakker worden en als afstandsindicatoren kunnen worden gebruikt. Voor het lange-afstandswerk maken astronomen daarnaast ook gebruik van een bepaald type exploderende sterren die supernova’s van type Ia worden genoemd. Tezamen vormen deze objecten de ‘kosmische afstandsladder’. Ze zijn cruciaal voor het meten van grote afstanden in het heelal, en daarmee ook voor de bepaling van de uitdijingssnelheid van het heelal oftewel de Hubble-constante. Begin jaren 90 werden met de Hubble-ruimtetelescoop de eerste pogingen gedaan om de Hubble-constante te verfijnen. Rond de eeuwwisseling resulteerde dit een waarde die uitkwam op 72 plus of min 8 (kilometer per seconde per megaparsec). Dankzij de nog nauwkeurigere waarnemingen van de laatste jaren, waarbij de helderheden van 42 supernova’s van type Ia zijn gemeten, is deze uitkomst nu verder gepreciseerd tot 73 plus of min 1. Naar verwachting zullen ook nieuwe, nog nauwkeurigere metingen niet veel aan deze uitkomst veranderen. Maar toch wringt er iets. Door het kosmologische ‘standaardmodel’ te combineren met metingen van de Europese Planck-satelliet (die de zogeheten kosmische achtergrondstraling – een overblijfsel van de oerknal – in kaart heeft gebracht) komen astronomen tot een lagere verwachte waarde voor de Hubble-constante: 67,5 plus of min 0,5. Astronomen begrijpen niet waar deze kloof tussen de uitdijingssnelheden van het lokale heelal en het ‘oerheelal’ vandaan komt. Maar het lijkt niet waarschijnlijk dat verdere metingen van het soort dat de Hubble-ruimtetelescoop de afgelopen drie decennia heeft gedaan nog uitkomst kunnen bieden. Voor het dichten van de kloof is vermoedelijk een compleet nieuw stukje natuurkunde nodig. (EE)
→ Hubble Reaches New Milestone in Mystery of Universe’s Expansion Rate

1 maart 2022
Vier jaar nadat een experiment mogelijke tekenen zag van de ‘kosmische dageraad’ – het tijdperk van de eerste sterren – heeft een ander experiment niets van dien aard gevonden (Nature Astronomy, 28 februari). Astronomen zijn al jaren op zoek naar het ongrijpbare signaal van de ‘kosmische dageraad’, die plaatsvond toen 100 à 200 miljoen jaar na de oerknal de eerste sterren begonnen te stralen. De signalen van deze sterren laten zich maar moeilijk opsporen, omdat ze worden overstemd door radiogolven die door de Melkweg (en door menselijke technologie) worden uitgezonden. Dus toen een team vier jaar geleden aankondigde dat het misschien tóch was gelukt, veroorzaakte dat heel wat opschudding - te meer omdat de detectie erop wees dat het vroege heelal koeler was dan verwacht. We beschikken momenteel niet over telescopen die de eerste sterren van het heelal rechtstreeks kunnen waarnemen. Om toch een glimp van de kosmische dageraad op te vangen, richten astronomen zich daarom op waterstofgas – het meest voorkomende gas in het heelal. Toen de eerste sterren ontstonden, zorgde hun intense ultraviolette straling ervoor dat de waterstofatomen hun elektronen kwijtraakten. Hierdoor ontstonden steeds groter wordende bellen van geïoniseerde waterstof. Dit tijdperk wordt de kosmische dageraad of, meer formeel, het tijdperk van reionisatie genoemd. Astronomen proberen deze kosmische ‘gatenkaas’ te kunnen onderscheiden via hun absorptie van de nagloed van de oerknal. Geïoniseerde waterstof absorbeert deze gloed op een golflengte van 21 centimeter – een vrij lange golflengte die nog langer wordt door de uitdijing van het heelal. Tegen de tijd dat deze straling onze detectoren bereikt, is de golflengte ervan ‘opgerekt’ tot ruim vier meter. Dat komt overeen met een frequentie van ruwweg 70 megahertz. Om zulke lage frequenties te kunnen detecteren, zijn speciale detectoren nodig. In 2018 meende een team onder leiding van Judd Bowman (Arizona State University), met een speciaal voor dit doel gebouwde detector in West-Australië een zwak absorptiesignaal op een frequentie van 78 megahertz te hebben opgepikt. Het signaal wees er niet alleen op dat de absorptie al 180 miljoen jaar na de oerknal in volle gang was, maar ook dat het heelal op dat moment koeler was dan kosmologische modellen voorspelden. Het wachten was op het experiment dat het resultaat zou kunnen bevestigen of ontkrachten: SARAS. SARAS is een radioantenne die ontworpen is om op grote watermassa’s (in dit geval een aantal meren in het zuiden van India) te drijven. Zo wordt het instrument afgeschermd van achtergrondruis. In de nieuwe SARAS-resultaten is geen spoor van het intrigerende absorptiesignaal terug te vinden. De betrokken onderzoekers – Saurabh Singh (Raman Research Institute, India) en collega’s – vermoeden dat de eerdere detectie in werkelijkheid afkomstig was van de ongelijkmatig verdeelde grond onder de detector – iets waar de SARAS-antennes geen last van hebben. (EE)
→ No Signal From Cosmic Dawn (Sky & Telescope)

11 februari 2022
Wetenschappers hebben de grootste en meest nauwkeurige virtuele weergave van ons heelal tot nu toe gemaakt. Ze is het resultaat van supercomputersimulaties van de volledige kosmische evolutie – van de oerknal tot nu – die zijn uitgevoerd door een internationaal onderzoeksteam, onder leiding van de Universiteit van Helsinki (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 10 februari). De simulatie, SIBELIUS-DARK genaamd, maakt deel uit van het ‘Simulations Beyond the Local Universe’ (SIBELIUS)-project, en is de grootste en meest uitgebreide simulatie in zijn soort. Het team heeft het virtuele heelal nauwkeurig vergeleken met echte waarnemingen, om de juiste locaties en eigenschappen te vinden voor de virtuele equivalenten van allerlei bekende structuren. SIBELIUS-DARK bestrijkt een volume tot op een afstand van 600 miljoen lichtjaar van de aarde en omvat meer dan 130 miljard virtuele ‘deeltjes’, die de verdeling van gas en donkere materie in het heelal voorstellen. Duizenden computers hebben enkele weken lang gerekend aan de manier waarop de beide soorten materie zich onder invloed van de natuurwetten de afgelopen 13,7 miljard jaar hebben gedragen. Eerst is donkere materie samengeklonterd tot zogeheten halo’s, en vervolgens is het omringende gas door de zwaartekracht naar deze klonters toe getrokken. En uiteindelijk is het gas samengetrokken tot sterren en sterrenstelsels. De simulaties waren er specifiek op gericht om de naaste omgeving van ons Melkwegstelsel, zoals dat al vele tientallen jaren door astronomen wordt waargenomen, te reproduceren. Daarbij ontstonden bekende structuren zoals de Virgo-, Coma- en Perseus-clusters, de ‘Grote Muur’ en de ‘Lokale Leegte’. En in het centrum van de simulatie komen we een tweetal sterrenstelsels tegen: de virtuele tegenhangers van ons eigen Melkwegstelsel en het naburige Adromedastelsel. De resultaten laten zien dat ons lokale deel van het heelal enigszins ongebruikelijk is. Gemiddeld ‘voorspelt’ de simulatie namelijk een geringer aantal sterrenstelsels, vanwege de relatief lage materiedichtheid in dit deel van het heelal. Voor het standaardmodel van de kosmologie heeft dit geen consequenties, maar het kan wel gevolgen hebben voor de manier waarop astronomen de informatie van hemelsurveys interpreteren. (EE)
→ Scientists unveil most accurate virtual representation of the Universe

2 februari 2022
Met behulp van de IRAM NOEMA-telescoop in de Franse Alpen hebben astronomen voor het eerst een ver object waargenomen dat een schaduw werpt op de vroege, hete oerknalfase van ons heelal, en zo een deel van de zogeheten kosmische achtergrondstraling tegenhoudt. Het object is een wolk van waterdamp in een sterrenstelsel die zo ver weg is dat we hem zien zoals hij er slechts 880 miljoen jaar na de oerknal uitzag. De schaduw ontstaat doordat de koudere waterdamp de warmere achtergrondstraling absorbeert op zijn weg naar de aarde. Uit de mate van ‘verduistering’ hebben de astronomen de toenmalige temperatuur van de kosmische achtergrondstraling kunnen afleiden (Nature, 2 februari). De kosmische achtergrondstraling is een overblijfsel van de hete oerknalfase van het heelal en bereikt ons vanuit alle richtingen. Deze straling is, ten gevolge van de uitdijing van het heelal, mettertijd steeds verder afgekoeld. Daarbij geldt dat in de tijd dat de afstanden tussen verre sterrenstelsels met een factor 2 toenemen, de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling halveert. Tussen het moment dat de kosmische achtergrondstraling vrijkwam en nu is het heelal ongeveer 1100 keer groter geworden en is haar temperatuur gedaald tot 3 kelvin (–270 °C). Het directe verband tussen de uitdijing van ons heelal en de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling betekent dat deze laatste waardevolle informatie bevat. Als we haar temperatuur op verschillende momenten in de kosmische geschiedenis kunnen meten, kunnen we nagaan of – en in welke mate – de uitdijingssnelheid van het heelal in de loop van de tijd is veranderd. Het meten van de CMB-temperatuur op verschillende momenten in de kosmische geschiedenis is echter nogal moeilijk. Desondanks was het astronomen al gelukt om, aan de hand van het zogeheten Sjoenjajev-Zeldovitsj-effect, de kosmische uitdijingssnelheid van de afgelopen 6 miljard jaar te herleiden. En ook voor de periode tussen 10 en 11,7 miljard jaar geleden waren al enkele meetpunten beschikbaar. Het nieuwe resultaat gaat aanzienlijk verder en levert een meetwaarde op voor de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling op het moment dat het heelal nog geen miljard jaar oud was. Omdat de onderzochte verre ‘waterwolk’ koeler is dan de toenmalige kosmische achtergrondstraling, absorbeert hij een deel van deze straling. En de sterkte van zo ontstane ‘absorptieschaduw’ geeft een indicatie van het temperatuurverschil tussen de wolk en de kosmische achtergrondstraling. Uit hun waarnemingen leiden de astronomen af dat de kosmische achtergrondstraling destijds een temperatuur van 16,4 tot 30,2 kelvin moet hebben gehad. Dat is in overeenstemming met de temperatuur van 20 kelvin, zoals die door kosmologische modelberekeningen wordt voorspeld. Ook voor deze vroege kosmische periode lijkt het verband tussen de uitdijing van het heelal en de afkoeling van de kosmische achtergrondstraling dus op te gaan. (EE)
→ Taking the temperature of our cosmos, less than a billion years after the Big Bang

19 januari 2022
Met behulp van een nieuwe rekenkundige aanpak hebben onderzoekers van de Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) in Trieste, Italië, een schatting gemaakt van het aantal zwarte gaten in het waarneembare heelal. Ze komen uit op ongeveer 40 triljoen oftewel 40 miljard miljard – een 4 met 19 nullen erachter. Tezamen nemen al deze zwarte gaten ongeveer één procent van alle (baryonische) massa in het heelal voor hun rekening (The Astrophysical Journal, 10 januari). Voor hun onderzoek hebben de astronomen de demografie van zwarte gaten met een stellaire massa in kaart gebracht. Dat zijn zwarte gaten met massa’s tot enkele honderden zonsmassa’s die zijn ontstaan uit zware sterren die aan het einde van hun bestaan als supernova zijn ontploft. Het uitgangspunt was een geavanceerd computermodel dat de evolutie van de sterren en dubbelsterren in sterrenstelsels doorrekent. Cruciale factoren daarbij zijn de snelheid van het stervormingsproces, de hoeveelheid massa die in sterren wordt omgezet en het ‘metaalgehalte’ (de hoeveelheid elementen zwaarder dan helium) van het interstellaire medium. De schatting van het aantal zwarte gaten in het waarneembare heelal is niet de enige kwestie die de astronomen hebben onderzocht. In samenwerking met collega’s van de Universiteit van Padua hebben zij ook in kaart gebracht op welke manieren zwarte gaten van verschillende massa’s ontstaan. Hun conclusie is dat de allerzwaarste stellaire zwarte gaten voornamelijk het resultaat zijn van dynamische gebeurtenissen in dichtbevolkte sterrenhopen, die tot de vorming van om elkaar wentelende, en uiteindelijk samensmeltende zwarte gaten leiden. (EE)
→ There are 40 billion billions of Black Holes in the Universe!

12 januari 2022
Sterren zijn reusachtige fabrieken die de meeste elementen in het heelal hebben geproduceerd - ook de elementen in ons en in de metaalafzettingen van de aarde. Maar wát sterren produceren verandert in de loop van de tijd. Twee nieuwe artikelen, gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, laten zien dat de jongste generatie sterren uiteindelijk zal stoppen met het teruggeven van metalen aan het heelal. Van alle elementen in het heelal zijn alleen waterstof, helium en een heel klein beetje lithium tijdens de oerknal gevormd. De overige, zwaardere elementen – in de sterrenkunde doorgaans ‘metalen’ genoemd – zijn geproduceerd door de sterren die na de oerknal zijn ontstaan. Deze sterren braken hun metaalrijke producten uiteindelijk weer uit, waardoor de samenstelling van bijvoorbeeld ons Melkwegstelsel mettertijd wordt verrijkt. In de nieuwe publicaties laten astronomen van Monash University, de Australian National University en het Space Telescope Science Institute zien dat het vermogen van een ster om meer metalen te produceren afhankelijk is van de samenstelling die hij bij zijn geboorte heeft meegekregen. Als er ook maar een klein beetje meer metaal wordt toegevoegd aan een gaswolk, heeft dat grote gevolgen voor de evolutie van de sterren die zich in die gaswolk vormen. Bij een bepaalde drempelwaarde van het aanvankelijke metaalgehalte van het gas, stoppen de sterren op enig moment met de uitstoot van metalen. De computersimulaties waar de astronomen gebruik van hebben gemaakt, voorspellen de evolutie van de meeste recente generaties van sterren, die tot wel zeven keer zoveel metalen bevatten als onze zon. Uit de simulaties blijkt dat deze sterren zich door hun zeer hoge chemische verrijking heel vreemd gedragen. De metaalrijke sterren zullen nog steeds uitdijen tot rode reuzen en als witte dwergen eindigen, maar tegen die tijd is hun uitstoot van zware elementen al gestopt: de geproduceerde metalen blijven achter in de uiteindelijk witte dwergster en komen dus niet meer in de ruimte terecht. En als gevolg daarvan zal de verdeling van de chemische elementen in het heelal er in de verre toekomst heel anders uit gaan zien dan nu. (EE)

11 januari 2022
Astronomen hebben een nieuwe kaart gemaakt van twaalf sterrenstromen in de halo van ons Melkwegstelsel. Onderzoek van deze structuren geeft niet alleen informatie over de donkere materie die de sterren in hun omloopbanen om het Melkwegcentrum houdt, maar vertelt ons ook over de ontstaansgeschiedenis van ons sterrenstelsel. Ze laten zien dat het Melkwegstelsel gestaag is gegroeid door kleinere stelsels uiteen te trekken en op te slokken. Het nieuwe onderzoek, onder leiding van Ting Li van de Universiteit van Toronto (Canada), geeft een momentopname van dit proces. Li en haar internationale team van medewerkers hebben een speciaal programma opgezet – de Southern Stellar Stream Spectroscopic Survey (S5) – om de eigenschappen van sterrenstromen te meten. Daarbij maken ze gebruik van de Anglo-Australian Telescope, een 4-meter telescoop die in Australië staat opgesteld. Met deze telescoop meten ze, via de dopplerverschuiving van licht, de snelheden van afzonderlijke sterren. Behalve voor het meten van snelheden kunnen astronomen deze waarnemingen ook gebruiken om de chemische samenstelling van de sterren te achterhalen. Dat geeft inzicht in de plek waar ze geboren zijn. Sterrenstromen kunnen niet alleen afkomstig zijn van ‘gesloopte’ sterrenstelsels, maar ook van bolvormige sterrenhopen. Een cruciaal ingrediënt voor het slagen van S5 zijn de waarnemingen van de Europese Gaia-satelliet. Gaia voorziet astronomen van nauwkeurige metingen van de posities en bewegingen van sterren. Deze metingen zijn essentieel voor het opsporen van de leden van de afzonderlijke sterrenstromen. De nieuwe onderzoeksresultaten zijn geaccepteerd voor publicatie in The Astrophysical Journal. Een voorpublicatie van de geaccepteerde versie is hier te vinden.
→ Twelve for dinner: The Milky Way’s feeding habits shine a light on dark matter

16 december 2021
Volgens een team van astronomen onder leiding van Nico Cappelluti (Universiteit van Miami, VS) bestaan zwarte gaten al sinds het begin van het heelal. En volgens hen zouden deze ‘oergaten’ weleens de tot nu toe onvindbare donkere materie kunnen zijn. Ook kan hun suggestie helpen verklaren hoe zich al heel vroeg in de geschiedenis van het heelal superzware zwarte gaten konden vormen. Als de meeste zwarte gaten onmiddellijk na de oerknal zijn gevormd, kunnen ze al in het vroege heelal zijn begonnen met onderlinge samensmeltingen. Zo zouden zich mettertijd steeds zwaardere zwarte gaten hebben gevormd. LISA, de toekomstige ruimtemissie van ESA die zwaartekrachtgolven zal gaan detecteren, zou in staat moeten zijn deze samensmeltingen van oergaten te registreren. Volgens het model van Cappelluti en collega’s zou het heelal moeten wemelen van de zwarte gaten. Rond deze ‘klonters’ van donkere materie zouden zich sterren zijn gaan vormen, waaruit in de loop van de miljarden jaren zonnestelsels en sterrenstelsels zijn ontstaan. Als deze eerste sterren zich inderdaad rond oergaten hebben gevormd, zouden zij vroeger in de geschiedenis van het heelal hebben bestaan dan volgens het ‘standaardmodel’ van de kosmologie wordt voorspeld. Een andere ESA-missie die een rol zou kunnen spelen bij de zoektocht naar de oergaten is Euclid, die in 2023 gelanceerd wordt. Deze ruimtetelescoop kan tot 10 miljard jaar terug in de tijd kijken, om zo meer te weten te komen over de vorming en evolutie van (clusters van) sterrenstelsels. En ook de binnenkort te lancere Amerikaans/Europese/Canadese Webb-ruimtetelescoop zal wellicht al licht kunnen werpen op deze kwestie. Als de eerste sterrenstelsels zich al heel vroeg in de kosmische geschiedenis hebben gevormd, zou Webb daar bewijzen van kunnen zien. De publicatie van Cappelluti en collega’s – ‘Exploring the high-redshift PBH-ΛCDM Universe: early black hole seeding, the first stars and cosmic radiation backgrounds’ – zal binnenkort verschijnen in het vaktijdschrift The Astrophysical Journal. (EE)
→ Did black holes form immediately after the Big Bang?

10 september 2021
Een internationaal team van astronomen onder leiding van Tomoaki Ishiyama van het Japanse National Astronomy Observatory heeft een nieuwe, extreem gedetailleerde computersimulatie van de evolutie van het heelal gepubliceerd, Uchuu geheten (Japans voor 'kosmos'). In de simulatie is te zien hoe donkere materie en 'gewone' atomen in de loop van de tijd zijn samengeklonterd tot superclusters, clusters, en afzonderlijke sterrenstelsels. Kosmologen gebruiken zulke simulaties om hun ideeën over het ontstaan van de groteschaalstructuur van het heelal te toetsen aan sterrenkundige waarnemingen. De Uchuu-simulatie - in zekere zin te beschouwen als een 'namaakheelal'- is uitgevoerd op de ATERUI II-supercomputer, de krachtigste supercomputer ter wereld voor astronomische toepassingen, die 40.200 afzonderlijke processoren bevat. In totaal is er 20 miljoen processoruren aan rekentijd in gaan zitten, wat 3 petabyte aan data opleverde. De simulatie volgt de ontwikkeling van een kubusvormige 'uitsnede' van het uitdijende heelal met (huidige) afmetingen van 9,6 x 9,6 x 9,6 miljard lichtjaar, over een periode van kort na de oerknal tot het heden. Daarmee gaat het om het grootste 'virtuele heelal' dat ooit is geproduceerd. De resultaten, gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, zijn openbaar; iedereen kan de Uchuu-simulatie vrij gebruiken voor eigen onderzoek. (GS)
→ Largest Virtual Universe Free for Anyone to Explore

27 mei 2021
Astronomen hebben, in de vorm van 29 wetenschappelijke artikelen, de meest recente resultaten gepresenteerd van de Dark Energy Survey. In het kader van dit onderzoek is, verspreid over 758 nachten in de periode 2013-2019, bijna een achtste deel van de complete hemel gefotografeerd en zijn honderden miljoenen objecten gefotografeerd. De nu gepresenteerde resultaten hebben betrekking op de eerste drie jaren, waarin 226 miljoen sterrenstelsels zijn waargenomen. Resultaat: de meest nauwkeurige kaarten van de ruimtelijke verdeling van relatief nabije sterrenstelsels die ooit zijn gemaakt. De vastgelegde sterrenstelsels bevinden zich op afstanden tot 7 miljard lichtjaar. De kaarten geven daardoor niet alleen een indruk van de huidige groteschaalstructuur van het heelal, maar ook van de manier waarop deze structuur de afgelopen 7 miljard jaar is geëvolueerd. De Dark Energy Survey (DES) ontleent zijn naam aan de zogeheten donkere energie: een hypothetische vorm van energie die verantwoordelijk lijkt voor de versnellende uitdijing van het heelal. De totale hoeveelheid energie en massa in het heelal zou voor ongeveer 70 procent voor rekening komen van deze donkere energie. Het resterende deel bestaat uit 25 procent donkere materie en slechts 5 procent ‘normale’ materie. DES moet inzicht geven in de wijze waarop het samenspel tussen deze drie kosmische bestanddelen heeft geresulteerd in de vorming van de grootste structuren in het heelal. Bij de survey wordt gebruik gemaakt van twee kosmische verschijnselen. Op de eerste plaats zijn sterrenstelsels niet willekeurig over het heelal verdeeld, maar vormen ze een webachtige structuur die door de aantrekkingskracht van donkere materie is veroorzaakt. Bij de survey is gemeten hoe dit kosmische web zich in de loop van de kosmische geschiedenis heeft ontwikkeld. De mate waarin de sterrenstelsels die het kosmische web vormen zijn geclusterd, geeft inzicht in de verdeling van de donkere materie. De signatuur van donkere materie kan ook worden gedetecteerd met behulp van het zogeheten zwakke zwaartekrachtlenseffect. Licht van een ver sterrenstelsel kan door de zwaartekracht van zowel gewone als donkere materie op de voorgrond worden afgebogen, alsof het door een lens gaat. Vanaf de aarde gezien resulteert dit in een vertekend beeld van het stelsel. Door de vervormde beelden van talrijke verre sterrenstelsels te onderzoeken, kunnen astronomen afleiden hoe ‘klonterig’ de verdeling van de donkere materie in het heelal is. De resultaten van de survey zijn in grote lijnen in overeenstemming met de voorspellingen van het huidige standaardmodel van de kosmologie. Een verschil is wel dat DES en diverse andere surveys van sterrenstelsels aangeven dat het huidige heelal een paar procent minder klonterig is dan het standaardmodel voorspelt. (EE)
→ Dark Energy Survey Releases Most Precise Look at the Universe’s Evolution

18 mei 2021
Op 17 mei is op Kitt Peak in Arizona (VS) het nieuwe spectroscopische instrument DESI in gebruik genomen. De komende vijf jaar zullen astronomen daarmee het licht van tientallen miljoenen sterrenstelsels en andere kosmische objecten vastleggen, om een gedetailleerde driedimensionale kaart van het heelal te maken. DESI rafelt het licht van de waargenomen objecten uiteen in hun samenstellende kleuren. Op die manier wordt informatie verkregen over hun chemische samenstelling en hun afstanden en snelheden. Deze gegevens zullen worden gebruikt om meer inzicht te krijgen in de geheimzinnige donkere energie, die verantwoordelijk lijkt te zijn voor de versnellende uitdijing van het heelal. ‘DESI’ staat dan ook voor Dark Energy Spectroscopic Instrument. De formele ingebruikname van DESI volgt op een testfase die vier maanden heeft geduurd. In deze korte periode zijn al vier miljoen spectra vastgelegd – meer dan bij alle voorgaande spectroscopische surveys bij elkaar. DESI is gekoppeld aan de bijna vijftig jaar oude 4—meter Mayall-telescoop op Kitt Peak. Het instrument is voorzien van optiek die het beeldveld van deze telescoop vergroot, en van 5000 robot-gestuurde glasvezels waarmee in één keer de spectra van evenzovele objecten kunnen worden verzameld. In feite kijkt de telescoop dus naar vijfduizend objecten tegelijk. (EE)
→ DESI Begins Creating 3D Map of the Universe

30 april 2021
Nieuw onderzoek onder leiding van astrofysici van de Universiteit van Minnesota (VS) toont aan dat de energierijke straling van kleine sterrenstelsels een sleutelrol kan hebben gespeeld in de vroege evolutie van het heelal. Het onderzoek geeft inzicht in de zogeheten reïonisatie van het heelal – een kwestie waar astronomen al jaren mee worstelen (The Astrophysical Journal, 29 april). Na de oerknal, bijna 14 miljard jaar geleden, verkeerde het heelal in geïoniseerde toestand. Dit betekent dat elektronen en protonen los van elkaar door de ruimte zwierven. Maar doordat het heelal uitdijde en afkoelde, verenigden deze geladen deeltjes zich tot atomen. Waarnemingen laten echter zien dat ook het huidige heelal geïoniseerd is. Hoe en wanneer dit precies is gebeurd, is nog onzeker. De meest voor de hand liggende verklaring is dat de reïonisatie is veroorzaakt door sterrenstelsels. Maar vanwege het vele waterstofgas dat in de eerste stelsels aanwezig was, kon de energierijke straling van hun sterren maar moeilijk wegkomen. De Amerikaanse onderzoekers denken een oplossing voor dit probleem te hebben gevonden. Met behulp van de Gemini-telescoop hebben ze voor het eerst een ‘schoongeblazen’ sterrenstelsel ontdekt – dat wil zeggen: een sterrenstelsel dat zijn wolken waterstof is kwijtgeraakt, waardoor de energierijke straling van zijn sterren kan ontsnappen. De astrofysici denken dat het gas is weggeblazen door een reeks van supernova-explosies die zich kort na elkaar hebben voltrokken. Het sterrenstelsel, dat Pox 186 wordt genoemd, is dermate compact dat de vele supernova-explosies een grote uitwerking moeten hebben gehad. Volgens de onderzoekers is het dan ook denkbaar dat kleine sterrenstelsels als deze bepalend zijn geweest voor de reïonisatie van het heelal. (EE)
→ Small galaxies likely played important role in evolution of the Universe

29 april 2021
Een team van Britse, Zweedse en Nederlandse onderzoekers heeft een manier bedacht die uitsluitsel kan geven over de uitdijingsnelheid van het heelal. Ze willen de rimpelingen in de ruimtetijd gebruiken die ontstaan bij botsingen tussen zwarte gaten en neutronensterren. De onderzoekers met daarbij Samaya Nissanke (Universiteit van Amsterdam en Nikhef) publiceren hun methode in het vakblad Physical Review Letters. Er zijn op dit moment twee goed onderbouwde manieren om de uitdijingssnelheid van het heelal te bepalen. Dat zijn het meten van de helderheid en snelheid van pulserende en exploderende sterren en het kijken naar fluctuaties in de straling van het vroege heelal. Tot een paar jaar geleden waren beide methoden vrij onnauwkeurig en gaven ze ongeveer hetzelfde antwoord. De laatste jaren zijn beide methoden steeds nauwkeuriger geworden en lopen de resultaten uit elkaar: 74 kilometer per seconde per megaparsec voor de helderheid van de sterren en 67 kilometer per seconde per megaparsec voor de fluctuaties in het vroege heelal. De alternatieve methode, die nu door een internationaal team van wetenschappers is doorgerekend, kan opheldering brengen. De onderzoekers simuleerden eerst 25.000 scenario’s van botsende zwarte gaten en neutronensterren. Vervolgens keken ze welke van deze botsingen tussen 2025 en 2030 door instrumenten op aarde kunnen worden gedetecteerd. Dat bleken er ongeveer 3.000 te zijn. Bij zo’n honderd van deze botsingen komt ook licht vrij. Dat is belangrijk, want door de zogeheten roodverschuiving van het licht te meten, kunnen de onderzoekers bepalen hoe snel een sterrenstelsel waar een botsing plaatsvindt van ons vandaan beweegt. De nieuwe methode werkt al in theorie en in simulaties. Vanaf 2030 zou de methode in praktijk kunnen worden gebracht omdat dan genoeg signalen zijn opgevangen om betrouwbare statistiek te kunnen bedrijven.
→ Oorspronkelijk persbericht

13 april 2021
Onderzoekers van de Stanford-universiteit en de universiteit van Stockholm denken dat de grootste planeet van ons zonnestelsel, Jupiter, wellicht geschikt is als deeltjesdetector. Hij kan astronomen op het spoor brengen van de raadselachtige donkere materie, waaruit 85 procent van alle materie in het heelal zou bestaan. (De overige 15 procent is materie zoals wij die kennen.) De donkere materie is een van de grootste wetenschappelijke vraagstukken van dit moment. Het bestaan van deze hypothetische substantie wordt afgeleid uit de zwaartekrachtsinvloed die zij uitoefent op sterren en sterrenstelsels. Maar omdat donkere materie niet rechtstreeks waarneembaar is met telescopen, laat zich niet gemakkelijk vaststellen waaruit zij bestaat. Het meest voor de hand liggende idee is dat donkere materie uit exotische deeltjes bestaat. Deze deeltjes zouden dan ofwel heel klein moeten zijn ofwel vrijwel geen interacties moeten aangaan met ‘normale’ materie. Experimenten met deeltjesversnellers die bedoeld zijn voor het aantonen van het bestaan van deze hypothetische deeltjes hebben tot nu toe echter niets opgeleverd. Er kan ook nog op een andere manier naar donkere materie worden gezocht. Het raadselachtige spul zou zich namelijk kunnen ophopen in objecten die veel massa hebben: in onze zon bijvoorbeeld of in een forse planeet als Jupiter. In deze hemellichamen kunnen dan botsingen plaatsvinden tussen donkeremateriedeeltjes, die elkaar daarbij vernietigen. En bij dat proces zou gammastraling vrijkomen. Om deze mogelijkheid te onderzoeken hebben Rebecca Leane (Stanford) en Tim Linden (Stockholm) de ruimtetelescoop Fermi op Jupiter gericht. Fermi registreert al meer dan tien jaar gammastraling van kosmische oorsprong. Donkere materie is daarbij nog niet met zekerheid gevonden, maar er is bij Jupiter wel een intrigerend overschot aan relatief ‘zachte’ (relatief energie-arme) gammastraling waargenomen. Fermi is niet erg gevoelig voor dit type gammastraling, en daarom hebben Leane en Linden hun hoop nu gevestigd op toekomstige gammatelescopen als AMEFI en e-ASTROGRAM. Ook denkt Leane dat het mogelijk zal zijn om zware exoplaneten of bruine dwergsterren als detectors van donkere materie te gebruiken. (EE)
→ Jupiter could make an ideal dark matter detector

20 januari 2021
Nieuw onderzoek, onder leiding van theoretisch fysicus Benjamin Safdi van het Lawrence Berkeley National Laboratory, wijst erop dat nog niet eerder waargenomen deeltjes, axionen geheten, de bron kunnen zijn van de hoogenergetische röntgenstraling die bij een aantal neutronensterren is waargenomen (Physical Review Letters, 12 januari). Axionen zijn hypothetische deeltjes die in de jaren 70 werden geïntroduceerd als oplossing voor een fundamenteel probleem in de deeltjesfysica. Naar verwachting zouden ze geproduceerd moeten worden in de kernen van sterren, en in aanwezigheid van een magnetisch veld in lichtdeeltjes (fotonen) veranderen. Ook zouden axionen de verklaring kunnen zijn voor de donkere materie – de geheimzinnige materie die 85 procent van de totale massa van het heelal voor zijn rekening neemt. Een verzameling neutronensterren, bekend als de Magnificent Seven, wordt gezien als een goede proeftuin voor de speurtocht naar axionen. De neutronensterren – compacte restanten van ontplofte sterren – hebben sterke magnetische velden, zijn met afstanden van enkele honderden lichtjaren tamelijk dichtbij, en zouden naar verwachting alleen zachte (laagenergetische) röntgenstraling en ultraviolet licht mogen produceren. Dat ze desondanks een bron van harde (hoogenergetische) straling zijn, komt dus als een verrassing. De meest eenvoudige verklaring zou zijn dat deze straling van objecten achter de neutronensterren afkomstig is. Maar dan zou de straling ook tot uiting moeten komen in data van de röntgensatellieten XMM-Newton en Chandra, en dat lijkt niet het geval. Safdi en zijn medewerkers hopen dan ook dat de harde röntgenstraling van de Magnificent Seven inderdaad van axionen afkomstig is. Helemaal zeker daarvan zijn ze nog niet, en het is best mogelijk dat er nog een andere verklaring voor wordt gevonden. Om hun vermoeden verder te onderbouwen, willen de natuurkundigen witte dwergsterren onder de loep gaan nemen. Ook dat zijn compacte sterrestanten met sterke magnetische velden, maar deze zenden van zichzelf nog minder röntgenstraling uit. Als daar óók sporen van hoogenergetische röntgenstraling worden aangetroffen, komt de axionen-hypothese een stuk sterker te staan. (EE)
→ X-Rays Surrounding ‘Magnificent 7’ May Be Traces of Sought-After Particle

6 januari 2021
De ontwikkeling van de ‘Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer’, oftewel SPHEREx, gaat een nieuwe fase in. De voorlopige ontwerpplannen voor de nieuwe NASA-ruimtetelescoop, die ergens tussen juni 2024 en april 2025 gelanceerd zal worden, zijn goedgekeurd, en worden nu verder uitgewerkt. Ook gaat de productie van de benodigde hardware en software van start. SPHEREx is relatief klein en bevat geen bewegende onderdelen. Alles bij elkaar weegt hij nog geen 75 kilogram. Tijdens zijn missie zal de ruimtetelescoop de complete hemel vier keer in kaart brengen, en zo een omvangrijke database van sterren, sterrenstelsels, gasnevels en tal van andere hemelobjecten opbouwen. Het enige instrument van de ruimtetelescoop is een spectrofotometer: een camera die niet alleen de (infrarood)helderheid van objecten meet, maar het opgevangen licht tevens in ruim honderd afzonderlijke golflengten uiteenrafelt – net zoals een prisma zonlicht uiteenrafelt tot een kleurenband. Deze techniek levert niet alleen informatie op over de chemische samenstelling van een object, maar ook over diens afstand tot de aarde. Het doel van de SPHEREx-missie is drieledig. Door de posities van miljarden sterrenstelsels te meten, hopen wetenschappers te kunnen vaststellen of hun ruimtelijke verdeling subtiele patronen vertoont die kunnen worden toegeschreven aan de hypothetische kosmische inflatie – de eerste fractie van een seconde na de oerknal, waarin het heelal exponentieel snel zou zijn uitgedijd. Het tweede doel is om meer te weten te komen over de ‘oertijd’ van de sterrenstelsels. Dat gebeurt door de zwakke hemelgloed die alle sterrenstelsels in het heelal tezamen produceren op verschillende golflengten te registeren. En ten slotte zal SPHEREx ook worden gebruikt om bevroren water en organische moleculen – belangrijk voor het ontstaan van leven zoals wij dat kennen – rond pasgeboren sterren in onze Melkweg op te sporen. Dat moet antwoord geven op de vraag hoe ‘normaal’ planetenstelsels als het onze zijn in het heelal. (EE)
→ A New NASA Space Telescope, SPHEREx, Is Moving Ahead

5 januari 2021
Waarnemingen met de Atacama Cosmology Telescope (ACT) op een hoogvlakte in het noorden van Chili wijzen erop dat het heelal 13,77 miljard jaar oud is. Dit resultaat is in overeenkomst met de eerdere meetresultaten van de Europese satelliet Planck, maar blijft op gespannen voet staan met recente waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop, die uitkomen op een leeftijd van hooguit 13 miljard jaar (Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 30 december 2020). De waarnemingen met de ACT zijn vergelijkbaar met die van Planck. Met de telescoop is de kosmische achtergrondstraling – ‘het oudste licht in het heelal’ – nauwkeurig in kaart gebracht. Dat is een overblijfsel van de warmtestraling die kort na de oerknal is uitgezonden. Door de uitdijing van het heelal is de temperatuur van deze straling gedaald tot 3 graden boven het absolute nulpunt, wat resulteert in een golflengte die in het microgolfgebied ligt. De kaart die de ACT van de kosmische achtergrondstraling heeft gemaakt vertoont kleine variaties in temperatuur en polarisatie. Deze variaties zijn ontstaan door zogeheten kwantumfluctuaties in het vroege heelal, die door de kosmische uitdijing zijn uitgegroeid tot gebieden van verschillende dichtheden. Waar de materiedichtheid relatief groot was, hebben zich later clusters van sterrenstelsels gevormd. Aan de hand van de ACT-data is gemeten hoe ver die variaties in temperatuur en polarisatie uit elkaar liggen. En daaruit kon vervolgens de leeftijd van het heelal worden berekend. Dit heeft een onafhankelijke bevestiging opgeleverd van het eerdere Planck-resultaat, waar dus niets mis mee lijkt te zijn. Maar feit blijft dat beide resultaten niet overeenkomen met de leeftijd van het heelal zoals die wordt afgeleid uit de snelheden waarmee verre sterrenstelsels zich van ons verwijderen. Naar de oorzaak van deze discrepantie, die de ‘Hubble Tension’ (Hubble-spanning) wordt genoemd, wordt nog gezocht. Ideeën zijn er genoeg, maar het zal nog wel een tijdje duren voordat duidelijk wordt wat hier nu precies aan de hand is. (EE)
→ Astronomers agree: Universe is nearly 14 billion years old

29 december 2020
In een nieuwe publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters ontvouwt een internationaal team van theoretisch natuurkundigen een scenario waarbij zich, vroeg in de geschiedenis van het heelal, grote aantallen kleine zwarte gaten hebben gevormd. Deze ‘primordiale’ zwarte gaten zouden de donkere materie in het heelal voor hun rekening kunnen nemen. Primordiale zwarte gaten zijn hypothetische compacte objecten die zich nog vóór de eerste sterren en sterrenstelsels in het jonge heelal hebben gevormd. Het bestaan van dergelijke objecten, die als ‘groeikiemen’ voor de latere superzware zwarte gaten kunnen hebben gediend, is al tientallen jaren geleden voorspeld. In hun publicatie suggereren Alexander Kusenko en collega’s dat kort na de oerknal talrijke kleine zwarte gaten zijn gevormd. Dat zou zijn gebeurd tijdens de zogeheten inflatie – de korte periode van extreem snelle uitdijing die de basis heeft gelegd voor de vorming van (clusters van) sterrenstelsels. Volgens de wetenschappers kunnen zich tijdens de inflatie talrijke ‘baby-heelallen’ hebben afgetakt van ons eigen heelal. Zo’n baby-heelal zou kort daarop ineenstorten, en de enorme hoeveelheid energie die daarbij vrijkwam, zou tot de vorming van een zwart gat leiden. Met een wat groter baby-heelal kan nog iets merkwaardigers zijn gebeurd. Het zou in een toestand verkeren die tot gevolg heeft dat een interne waarnemer iets anders te zien krijgt dan een externe. Een interne waarnemer zou het als een uitdijend heelal zien, een externe waarnemer (zoals wij) als een zwart gat. Zowel de kleine als de grote baby-heelallen kunnen waarneembaar zijn als primordiale zwarte gaten. In hun publicatie laten de wetenschappers zien dat de zwarte gaten die uit dit ‘multiversum’-scenario voortkomen kunnen worden opgespoord met de Hyper Suprime-Cam van de 8,2-meter Subaru-telescoop op Hawaï. Deze kolossale digitale camera is in staat om het naburige Andromedastelsel om de paar minuten in beeld te brengen. Wanneer een tussenliggend zwart gat voor een van de honderden miljoenen sterren van het stelsel langs schuift, zou het als zwaartekrachtlens fungeren en het licht van de ster gedurende korte tijd versterken. Bij de eerste waarnemingen met de Hyper Suprime-Cam is al een oplichtende ster geregistreerd die door de lenswerking van een primordiaal zwart gat met ongeveer de massa van onze maan kan zijn veroorzaakt. Vervolgwaarnemingen met de Hyper Suprime-Cam en toekomstige waarnemingen met het nog in aanbouw zijnde Vera C. Rubin Observatory moeten er uitsluitsel over geven of zwarte gaten als deze talrijk genoeg zijn om alle donkere materie in het heelal te verklaren. (EE)
→ Primordial black holes and the search for dark matter from the multiverse

23 september 2020
De Amerikaanse NRAO (National Radio Astronomy Observatory) gaat meewerken aan de ontwikkeling van een kleine satelliet die in een baan om de maan wordt gebracht om onderzoek te doen aan radiostraling uit de ontstaansperiode van het heelal. De kunstmaan, DAPPER geheten (Dark Ages Polarimetry Pathfinder) gaat deel uitmaken van NASA's Artemis-programma - het initiatief om binnen een aantal jaren weer bemande maanvluchten uit te voeren. DAPPER, gebouwd onder leiding van de Universiteit van Colorado in Boulder, gaat metingen verrichten aan de radiostraling van neutraal waterstof in de 'dark ages' van het universum - de periode vóórdat de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden. Vergelijkbare metingen worden ook uitgevoerd door o.a. de Nederlandse radiotelescoop LOFAR. (GS)
→ NRAO Joins Space Mission to the Far Side of the Moon to Explore the Early Universe

18 september 2020
Donkere materie is nog ongrijpbaarder dan voorheen werd gedacht. Dat is de belangrijkste conclusie van een nieuwe studie door een groep wetenschappers onder wie Shin’ichiro Ando van het UvA-Institute of Physics. De resultaten van de nieuwe studie zijn deze week gepubliceerd in Physical Review D Rapid Communications. De ware aard van donkere materie blijft een van de grootste mysteries uit de natuurkunde. Of deze onzichtbare materie in het heelal bestaat uit elementaire deeltjes, en zo ja, van welke soort, is nog altijd een onbeantwoorde vraag. De aard van donkere materie zou mogelijk achterhaald kunnen worden door te zoeken naar zwakke signalen die ontstaan wanneer paren van donkeremateriedeeltjes botsen en elkaar vernietigen. Zulke deeltjesparen verdwijnen dan en zetten hun energie om in gammastraling, die waargenomen zou kunnen worden. Sferische dwergsterrenstelsels – kleine satellietstelsels die gevangen worden gehouden in het zwaartekrachtsveld van onze Melkweg – behoren tot de best mogelijke bronnen voor een dergelijke zoektocht. Dwergsterrenstelsels bevatten veel donkere materie en weinig anders, waardoor het ongerepte laboratoria zijn voor eventuele signalen die donkere materie uitzendt, vrijwel zonder storing van andere astronomische verschijnselen. Om hun zoektocht uit te voeren combineerden de wetenschappers theoretische methodes met waarnemingen, om zo de eerste ‘end to end’-analyse te maken die de dwergsterrenstelsels in hun kosmische context modelleert. Shin’ichiro Ando van het UvA-Institute of Physics: 'Onze methode begint bij de oerknal en volgt de evolutie van donkere materie en de groei van sterrenstelsels in de loop van de tijd. We gebruiken dat als basis om beter te begrijpen hoe donkere materie verdeeld is binnen de dwergsterrenstelsels die we vandaag de dag aan de hemel zien. Dat begrip gebruiken we ten slotte om een zoektocht op te zetten naar signalen van gammastraling, die informatie onthullen over de microscopische eigenschappen van donkeremateriedeeltjes.' Alex Geringer-Sameth van het Department of Mathematics, Imperial College London: 'We waren verbaasd toen we ontdekten dat je echt alle kennis over de eeuwenlange groei en evolutie van het heelal moet meenemen – iets wat eerdere studies niet deden – en dat dat grote invloed heeft op de conclusies die je op basis van de dwergsterrenstelsels in onze directe nabijheid over donkere materie kunt trekken.' Het team komt tot de conclusie dat het signaal van verdwijnende donkere materie veel zwakker moet zijn dan tot nu toe werd ingeschat. Eenvoudig gezegd: donkere materie is in dwergsterrenstelsels moeilijker te detecteren dan verwacht. De gammastraling-data vertellen, enigszins tegen-intuïtief, minder dan verwacht over donkere materie wanneer de volledige analyse wordt gebruikt. Eén gevolg daarvan is dat donkere materie nog wel een van de grote huidige vraagstukken in de sterrenkunde kan verklaren: de afwijkende en onverklaarde gloed van gammastraling die we uit het centrum van ons eigen Melkwegstelsel zien komen. Tot voor kort leek het heel moeilijk hard te maken dat het verdwijnen van donkere materie wél die straling kon verklaren, maar dat we gelijksoortige signalen niet uit dwergsterrenstelsels zien komen. De resultaten wijzen er dus sterk op dat een van de sleutelstrategieën om donkeremateriedeeltjes te vinden, en mogelijk natuurkunde voorbij het standaardmodel te ontdekken, de nodige aanpassingen zal moeten ondergaan.
→ Origineel persbericht

11 september 2020
Waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop en de Europese Very Large Telescope (VLT) wijzen erop dat er iets ontbreekt aan de bestaande theorieën over het gedrag van donkere materie. Dit ontbrekende ingrediënt zou kunnen verklaren waarom astronomen een onverwacht discrepantie hebben ontdekt tussen waarnemingen van concentraties van donkere materie in een aantal massarijke clusters van sterrenstelsels en theoretische computersimulaties die aangeven hoe de donkere materie in zulke clusters verdeeld zou moeten zijn. De nieuwe bevindingen suggereren dat sommige kleine concentraties van donkere materie ‘lenseffecten’ veroorzaken die tien keer zo sterk zijn als verwacht (Science, 11 september). Donkere materie is de onzichtbare ‘lijm’ die sterren, stof en gas in sterrenstelsels bij elkaar houdt. Sterrenstelsels bestaan voor het overgrote deel uit deze mysterieuze substantie. Maar omdat donkere materie geen licht uitzendt, absorbeert of weerkaatst, kan het bestaan ervan alleen worden afgeleid uit de zwaartekrachtsaantrekking die zij op zichtbare materie in de ruimte uitoefent. Clusters, de meest massarijke structuren in het heelal, zijn de grootste opslagplaatsen van donkere materie. Ze bestaan uit grote aantallen sterrenstelsels die vooral dankzij de aantrekkingskracht van donkere materie bijeen worden gehouden. De verdeling van de donkere materie in clusters wordt in kaart gebracht door te meten hoe zij licht afbuigen – het zogeheten zwaartekrachtlenseffect. De zwaartekracht van concentraties van donkere materie in een cluster versterkt en vervormt het licht van verre achtergrondobjecten. Vaak zijn op opnamen van zo’n cluster zelfs meerdere afbeeldingen van hetzelfde achtergrondstelsel te zien. Hoe sterker de materie in een cluster geconcentreerd is, des te opvallender is het licht-afbuigende effect. De aanwezigheid van kleinschaligere ‘klonten’ van donkere materie die verbonden zijn met afzonderlijke clusterstelsels versterkt dat effect. Je kunt een cluster daardoor beschouwen als een grote (zwaartekracht)lens waarin talrijkere kleinere lenzen ingebed zitten. Een team van astronomen, onder wie Gabriel Bartosch Caminha van de Rijksuniversiteit Groningen, heeft nu voor drie clusters de verdeling van donkere materie nauwkeurig in kaart gebracht. Daarbij is gebruik gemaakt van scherpe Hubble-opnamen en spectrale gegevens van de VLT. Daarbij ontdekten de wetenschappers tot hun verrassing niet alleen de gebruike kromgetrokken beelden van verre achtergrondstelsels, zoals die door het zwaartekrachtlenseffect van de clusters worden veroorzaakt. In het hart van elke cluster, waar zich de meeste sterrenstelsels bevinden, waren ook onverwacht veel kleinere boogjes en vervormde beelden te zien. Vermoed wordt dat deze worden veroorzaakt door sterke concentraties van materie binnen de afzonderlijke clusterstelsels. De nieuwe kaarten van de verdeling van de donkere materie in de clusters zijn vervolgens vergeleken met de uitkomsten van computersimulaties van clusters met vergelijkbare massa’s op vergelijkbare afstanden. Daarbij werd vastgesteld dat deze simulaties lang niet zoveel kleinschalige massaconcentraties vertonen. Volgens de onderzoekers wijst deze discrepantie erop dat dat er in de simulaties een ingrediënt ontbreekt. Een andere mogelijkheid is dat de bestaande inzichten omtrent de aard van de donkere materie geheel of gedeeltelijk onjuist zijn. (EE)
→ New Hubble Data Suggests There is an Ingredient Missing from Current Dark Matter Theories

31 juli 2020
Nieuwe resultaten van de Kilo-Degree Survey (KiDS) tonen aan dat het heelal bijna 10 procent homogener is dan het kosmologisch standaardmodel voorspelt. De nieuwe KiDS-kaart is gemaakt met de deels Nederlandse OmegaCAM op ESO’s VLT Survey Telescope op Cerro Paranal in het noorden van Chili. Een internationaal team van astronomen van onder meer de Universiteit Leiden heeft het KiDS-1000-resultaat beschreven in vijf artikelen waarvan de laatste drie vandaag online zijn verschenen. Ze zijn ingestuurd voor publicatie in het vakblad Astronomy & Astrophysics. De nieuwe KiDS-kaart beslaat zo’n duizend vierkante graden, wat neerkomt op vijf procent van de hemel. Voor de analyse zijn drie miljoen sterrenstelsels gebruikt. De sterrenstelsels staan tot meer dan tien miljard lichtjaar ver. Hun licht werd uitgezonden in de tijd dat ons heelal nog maar de helft van zijn huidige leeftijd had. KiDS gebruikt de sterrenstelsels om de verdeling van materie in het heelal in kaart te brengen. Dat gebeurt via zwakke zwaartekrachtlenzen, waarbij het licht van verre sterrenstelsels een beetje wordt afgebogen door het zwaartekrachtseffect van grote hoeveelheden materie, zoals clusters van sterrenstelsels. Dat effect wordt gebruikt om de ‘klonterigheid’ te bepalen van de verdeling van de sterrenstelsels. Het gaat hierbij om alle materie in het heelal, waarvan meer dan negentig procent bestaat uit de onzichtbare donkere materie plus onzichtbaar ijl gas. De zwaartekracht van de materie in het heelal zorgt voor een minder homogene verdeling. Gebieden met een beetje meer massa dan gemiddeld trekken materie aan uit hun omgeving en zorgen voor meer contrast. Maar de uitdijing van het heelal gaat deze groei juist tegen. Deze beide processen worden aangestuurd door de zwaartekracht en zijn daarom van groot belang voor het testen van het kosmologisch standaardmodel (ΛCDM), dat vrij nauwkeurig voorspelt hoe de dichtheidsvariaties toenemen met de leeftijd van het heelal. De nieuwe KiDS-resultaten laten echter een discrepantie zien: het heelal is bijna tien procent homogener dan het standaardmodel voorspelt. De Leidse hoogleraar en KiDS-projectleider Koen Kuijken noemt het resultaat ‘intrigerend’. ‘We hebben een heel goed fysisch model van het heelal, dat de waarnemingen goed beschrijft maar wel een beroep doet op zeer opmerkelijke en mysterieuze fysica, in het bijzonder die van de donkere materie en donkere energie. Zo’n model moet je op zoveel mogelijk manieren testen, en dat is wat we aan het doen zijn.’ Mogelijk duiden de KiDS-resultaten op kleine barstjes in het standaardmodel, net zoals een andere discrepantie in de uitdijingssnelheid dat doet, de zogenoemde Hubble-constante. Of dit uiteindelijk tot een fundamenteel andere theorie leidt, bijvoorbeeld het vervangen van Einsteins algemene relativiteitstheorie door een nieuwe, kan Kuijken niet zeggen. ‘Ik hou me voor nu bewust ver van mogelijke theoretische interpretaties, en focus me op de metingen en het zo nauwkeurig mogelijk uitvoeren daarvan. Het blijft spannend.’ Over één à twee jaar verschijnt nog een laatste KiDS-kaart, dertig procent groter dan de huidige. Daarin zullen alle KiDS-waarnemingen verwerkt zijn. 
→ Volledig persbericht

20 juli 2020
De Sloan Digital Sky Survey (SDSS) heeft vandaag een uitvoerige analyse gepresenteerd van de grootste driedimensionale kaart van het heelal die ooit is gemaakt. De nieuwe kaart, waaraan vijf jaar is gewerkt, dicht een belangrijk gat in de kosmische geschiedenis: de middelste 11 miljard jaar. De gegevens zijn afkomstig van de extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), een internationale samenwerking van meer dan honderd astrofysici. Bij deze survey zijn nauwkeurige metingen gedaan van meer dan twee miljoen sterrenstelsels en quasars. Dankzij metingen van de relatieve hoeveelheden elementen die kort na de oerknal (13,8 miljard jaar geleden) zijn ontstaan en van de kosmische achtergrondstraling, is bekend hoe het heelal er in zijn prille jeugd heeft uitgezien. Ook kan uit afstands- en snelheidsmetingen van relatief nabije sterrenstelsels worden afgeleid hoe snel het heelal de afgelopen paar miljard jaar is uitgedijd. De nu gepresenteerde kaart vult de lange tussenliggende periode in. De eBOSS-kaart laat zien dat de uitdijing van het heelal aanvankelijk geleidelijk afnam, maar sinds ongeveer 6 miljard jaar weer versnelt. Dat laatste wordt toegeschreven aan een (onbegrepen) ‘donkere energie’. Ook opmerkelijk is dat de meting van de huidige uitdijingssnelheid van het heelal (de ‘Hubble-constante’), zoals gemeten met de Europese Planck-satelliet en (recent) met de Atacama Cosmology Telescope, ongeveer tien procent lager uitvalt dan de waarde die volgt uit de snelheden waarmee relatief nabije sterrenstelsels zich van ons verwijderen. Waarom de verschillende meetmethoden niet goed op elkaar aansluiten, is nog onduidelijk. Maar dat de ‘mismatch’ op toeval berust lijkt inmiddels hoogst onwaarschijnlijk. (EE)
→ No need to Mind the Gap: Astrophysicists fill in 11 billion years of our universe’s expansion history

17 juni 2020
Het donkere-materie-experiment XENON in Italië meet meer activiteit in de detector dan met achtergrondstraling te verklaren is. Dat kan een indicatie zijn voor donkere materie, denken de onderzoekers van ondermeer Nikhef. ‘Maar er zijn andere heel interessante opties’, zegt Nikhef-groepsleider Patrick Decowski.Het experiment heeft een nieuwe analyse gepubliceerd van de metingen met XENON1T in Gran Sasso, Italië, in de jaren 2016-2018 waarin die detector diep onder de grond actief was. Inmiddels wordt de detector uitgebreid met een groter vat vloeibaar xenon, het materiaal waarop eventuele donkere-materiedeeltjes uit de kosmos zouden kunnen botsen. Donkere materie is een van de raadsels van de hedendaagse natuurkunde. Astronomen weten dat ongeveer 85 procent van alle massa in sterrenstelsels niet te zien is, maar wel zwaartekracht geeft. Wat dat veroorzaakt is onbekend. In theorie zouden dat onbekende deeltjes kunnen zijn die verder nauwelijks deeltjesinteractie hebben met andere materie, zoals WIMP’s. Als een WIMP een xenonatoom raakt komt er in theorie licht en elektronen vrij die in de detector kunnen worden waargenomen. Ook andere processen kunnen zulke signalen veroorzaken, een achtergrondsignaal waarmee de onderzoekers rekening moeten houden. In de meetperiode 2016-2018 werden 232 gebeurtenissen in de detector verwacht op grond van bekende achtergrondprocessen. Die werden gevonden door te kijken naar deeltjesinteracties met elektronen in de xenon-atomen. Voorheen ging de analyse om een botsing met xenon-kernen. Het XENON-team meldt nu in een voorpublicatie online op Arxiv dat er 53 extra gebeurtenissen zijn vastgelegd. Dat is niet reusachtig veel, maar statistisch wel relevant. Het signaal heeft niet de juiste kenmerken voor kosmische WIMP’s, denken de onderzoekers. Dat maakt het des te belangrijker om de echte bron van het overschot aan te wijzen. Een mogelijkheid is de aanwezigheid van een minieme hoeveelheid radioactief tritium in de ruim 3 ton xenon in de detector, ondanks alle zuiveringsstappen in het project. ‘We kunnen dit niet onafhankelijk meten en dus niet uitsluiten’, zegt Decowski. Naar schatting een paar honderd atomen tritium per ton xenon kunnen al roet in het eten gooien. Maar er zijn ook spannender verklaringen denkbaar, zegt het XENON-team. Het zou ook een aanwijzing kunnen zijn voor een echt nieuw deeltje. Het energiespectrum van de gevonden inslagen lijkt op dat van zogeheten axionen, deeltjes die volgens sommige hypotheses een rol spelen in de nucleaire processen in de zon. Dat kan samenhangen met donkere materie, maar hun bestaan zou hoe dan ook theoretisch belangrijk zijn. Tot nog toe zijn axionen nooit in een experiment gezien.
→ Volledig persbericht

9 april 2020
Astronomen gaan er al tientallen jaren van uit dat het heelal in alle richtingen even snel uitdijt. Nieuw onderzoek, gebaseerd op gegevens van drie röntgensatellieten, wijst er echter op dat deze cruciale aanname onjuist is. Het idee dat het heelal in elke richting dezelfde eigenschappen heeft, afgezien van lokale afwijkingen dan, is onder meer gebaseerd op waarnemingen van de kosmische achtergrondstraling. Deze zwakke microgolfstraling – een restant van de oerknal – is een afspiegeling van het heelal toen dit nog maar 380.000 jaar oud was. En het feit dat de kosmische achtergrondstraling gelijkmatig verdeeld is over de hemel wijst erop dat het heelal in zijn prille begintijd in alle richtingen met dezelfde (hoge) snelheid uitdijde. Een team van astronomen van de Universiteit van Bonn (Duitsland) en de Harvard-universiteit (VS), onder leiding van Konstantinos Migkas (Bonn), heeft nu echter een aanwijzing gevonden dat het heelal niet zo ‘isotroop’ is als gedacht. De astronomen hebben 800 clusters van sterrenstelsels onderzocht en ontdekten daarbij opmerkelijke verschillen. Op basis van röntgengegevens is de temperatuur bepaald van het extreem hete gas in de ruimte tussen de sterrenstelsels waaruit de clusters bestaan. Vervolgens zijn de resultaten vergeleken met hoe helder de clusters zich aan de hemel vertonen. De verwachting was dat clusters van dezelfde temperatuur en op vergelijkbare afstanden ongeveer even helder zouden lijken. Maar dat blijkt niet het geval te zijn: in de ene richting lijken vergelijkbare clusters tot wel 30 procent helderder dan in de andere. Op zoek naar mogelijke verklaringen hebben Migkas en zijn collega’s onderzocht of het effect misschien wordt veroorzaakt door gas of stof op de voorgrond of door onregelmatigheden in de ruimtelijke verdeling van de clusters. Daar zijn echter geen duidelijke aanwijzingen voor gevonden. Het heeft er alle schijn van dat het heelal toch niet gelijkmatig uitdijt. De astronomen suggereren dat de oorzaak mogelijk ligt bij de donkere energie, het mysterieuze kosmische bestanddeel dat bijna zeventig procent van alle energie in het heelal vertegenwoordigt. Over die donkere energie is maar weinig bekend, behalve dan dat deze ervoor lijkt te zorgen dat het heelal de afgelopen paar miljard jaar geleidelijk sneller is gaan uitdijen. Voor verregaande conclusies is het echter nog wat te vroeg: daarvoor is de omvang van de steekproef die Migkas en zijn collega’s hebben genomen te klein. Het wachten is dus op meer gegevens, en die zouden weleens geleverd kunnen worden door de Europese satelliet Euclid, waarvan de lancering voor 2022 gepland staat. Euclid zal metingen doen van grote aantallen sterrenstelsels op afstanden tot 10 miljard lichtjaar, om zo meer te weten te komen over de verdeling van de materie in het heelal en de snelheid waarmee dit uitdijt. Ook de recent gelanceerde Duits-Russische röntgensatelliet Spektr-RG, die naar verwachting tienduizenden nieuwe clusters zal opsporen, kan een bijdrage leveren aan deze kwestie. (EE)
→ Rethinking cosmology: Universe expansion may not be uniform

26 maart 2020
De mysterieuze gloed van röntgenstraling die recent in nabije sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels is waargenomen, is niet het gevolg van het verval van donkere materie. Dat is de conclusie van Amerikaans onderzoek, dat op ons eigen Melkwegstelsel was gericht. Bij dat onderzoek is geen spoor van de vermeende röntgengloed ontdekt (Science, 27 maart). Ruwweg 85 procent van alle materie in het heelal bestaat uit materie die geen licht absorbeert, weerkaatst of uitzendt. Het enige dat het bestaan van deze donkere materie verraadt, is de zwaartekracht die zij op normale materie uitoefent. Volgens sommige theorieën zou donkere materie kunnen bestaan uit zogeheten steriele neutrino’s. Neutrino’s zijn lichte subatomaire deeltjes zonder lading die nauwelijks interacties aangaan met andere materie en daardoor ook moeilijk te detecteren zijn. Het steriele neutrino zou echter instabiel zijn en uiteen kunnen vallen in normale neutrino’s en röntgenstraling. Toen bij waarnemingen in 2014 bij sterrenstelsels een gloed van röntgenstraling werd ontdekt die overeenkwam met het soort straling dat bij het verval van steriele neutronen werd verwacht, ontstond dan ook de hoop dat de oplossing van het raadsel van de donkere materie nabij was. Maar het nieuwe onderzoek, gebaseerd op gegevens die de afgelopen twintig jaar met de Europese röntgensatelliet XMM-Newton zijn verzameld, slaat deze hoop de bodem in. XMM-Newton heeft mettertijd talrijke röntgenopnamen van allerlei objecten gemaakt, waaronder veel afzonderlijke sterren in de Melkweg. Een team onder leiding van Benjamin Safdi van de universiteit van Michigan heeft de eigenlijke onderzoeksobjecten uit de opnamen ‘weggepoetst’, zodat alleen het röntgensignaal van hun donkere omgeving overbleef. De verwachting was dat zo de zwakke röntgengloed van de halo van donkere materie rond ons Melkwegstelsel geregistreerd zou worden. Maar dat bleek niet het geval. Dat betekent niet per se dat het steriele neutrino niet bestaat, maar hard bewijs vóór het bestaan ervan is er evenmin. En die mysterieuze röntgengloed bij andere sterrenstelsels dan? Volgens Safdi en zijn team hadden die waarnemingen veel hinder van de ‘ruis’ van verre achtergrondobjecten, die zich moeilijk laat scheiden van het röntgensignaal dat kenmerkend is voor het verval van steriele neutrino’s. (EE)
→ Researchers look for dark matter close to home

20 maart 2020
Bij waarnemingen met de röntgensatelliet Chandra zijn geen aanwijzingen gevonden voor het bestaan van ‘axionen’ in het heelal. Deze hypothetische deeltjes zijn een voorspelling van de zogeheten snaartheorie. Al decennialang doen natuurkundigen pogingen om alle bekende krachten, deeltjes en wisselwerkingen in een allesomvattende theorie onder te brengen. De snaartheorie is een van de bekendste kandidaten voor zo’n ‘theorie van alles’. Deze theorie gaat niet uit van elementaire deeltjes zoals elektronen of quarks, maar van ’mini-elastiekjes’ die op verschillende manieren kunnen trillen. Een van de voorspellingen van de snaartheorie, die overigens diverse versies kent, is dat er deeltjes zouden bestaan die meer dan een miljoen keer lichter zijn dan het elektron. De deeltjes, die axionen worden genoemd, zouden ook de verklaring kunnen zijn voor de geheimzinnige donkere substantie waaruit het overgrote deel van de kosmische materie lijkt te bestaan. Een van de voorspelde eigenschappen van deze ultra-lichte deeltjes is dat ze bij het passeren van magnetische velden soms in fotonen (lichtdeeltjes) veranderen. Ook het omgekeerde zou kunnen gebeuren: fotonen zouden onder bepaalde omstandigheden in axionen kunnen worden omgezet. De hoop bestond dat beide effecten waarneembaar zouden zijn in grote kosmische structuren, zoals clusters van sterrenstelsels. Clusters bevatten zowel uitgestrekte magnetische velden als heldere bronnen van röntgenstraling (energierijke fotonen). Vandaar dat een team van astronomen Chandra-waarnemingen van het centrum van de zogeheten Perseus-cluster hebben uitgeplozen (Astrophysical Journal, 12 februari). Gekeken is hoeveel röntgenstraling het daar aanwezige superzware zwarte gat op verschillende golflengten produceert. Naar verwachting zouden de hypothetische axionen dit ‘energiespectrum’ waarneembaar moeten verstoren, maar dat lijkt niet zo te zijn. Dat bewijst overigens nog niet dat axionen niet bestaan. Het is bijvoorbeeld denkbaar dat de gedaanteverandering van fotonen naar axionen (en omgekeerd) minder vaak optreedt dan verwacht. Ook zouden de deeltjes meer massa kunnen hebben dan de zwaarste deeltjes die de Chandra-satelliet zou kunnen detecteren. (EE)
→ Chandra Data Tests “Theory of Everything”

8 januari 2020
Nieuw Koreaans onderzoek trekt de versnellende uitdijing van het heelal – veroorzaakt door de geheimzinnige ‘donkere energie’ – in twijfel. Dat het heelal steeds sneller uitdijt wordt afgeleid uit afstandsmetingen van supernova-explosies van type Ia in verre sterrenstelsels. Maar deze methode gaat ervan uit dat helderheden van deze sterexplosies – die als ‘standaardkaarsen’ worden beschouwd – mettertijd niet significant zijn veranderd. Volgens astronomen van de Yonsei-universiteit in Seoel (Zuid-Korea) is dat echter nog maar de vraag. In samenwerking met collega’s van de universiteit van Lyon (Frankrijk) hebben de astronomen nauwkeurige spectroscopische waarnemingen gedaan van nabije sterrenstelsels waarin supernova’s van type Ia zijn waargenomen. Daarbij hebben ze een sterke correlatie ontdekt tussen de helderheid van zo’n supernova en de leeftijd van de sterrenpopulatie waar deze deel van uitmaakt. Kort gezegd betekent dit dat supernova’s in verre sterrenstelsels niet dezelfde intrinsieke helderheid hebben als die in nabijere stelsels. Het licht van verre stelsels doet er immers langer over om ons te bereiken, en daardoor zien we deze stelsels in een vroeger ontwikkelingsstadium. Hierdoor zouden supernova’s van type Ia automatisch al minder helder zijn dan hun nabijere soortgenoten. Het gemeten effect is groot genoeg om de versnellende uitdijing van het heelal in twijfel te trekken. En daarmee staat ook het bestaan van donkere energie op losse schroeven. De resultaten van het Koreaanse onderzoek, gebaseerd op waarnemingen die verspreid over een periode van negen jaar zijn gedaan, zijn eerder deze week gepresenteerd tijdens de bijeenkomst van American Astronomical Society, die in Honolulu werd gehouden. Ze zullen later deze maand ook worden gepubliceerd in The Astrophysical Journal. (EE)
→ New Evidence Shows That the Key Assumption Made in the Discovery of Dark Energy Is in Error

27 november 2019
De drie antennes van de Nederlands-Chinese radiotelescoop die achter de maan hangt, zijn uitgerold. Dat heeft het Nederlandse team vandaag officieel bekendgemaakt. De Netherlands-China Low Frequency Explorer (NCLE) hing meer dan een jaar in de ruimte te wachten. Dat was langer dan oorspronkelijk gepland, omdat de bijbehorende communicatiesatelliet langer een Chinese maanlander moest bijstaan. Voorheen werd de Chinese satelliet voornamelijk gezien als een communicatiesatelliet. De Chinese maanmissie heeft echter inmiddels de belangrijkste doelen gehaald. De Chinezen hebben de satelliet dan ook omgedoopt tot radio-observatorium. Daarmee is de Netherlands-China Low Frequency Explorer het eerste Nederlandse-Chinese ruimteobservatorium voor radioastronomie. Marc Klein Wolt, directeur van het Radboud Radio Lab en leider van het Nederlandse team, is blij: ‘Ons belang in de Chinese Chang'e-4-missie is nu veel groter geworden. We mogen we tijdens de veertien dagen durende nacht aan de achterkant van de maan onze waarnemingen doen. Dat is veel meer dan eerder het idee was. De maannacht is nu van ons.’ Heino Falcke van de Radboud Universiteit en wetenschappelijk leider van de Nederlands-Chinese radiotelescoop, kan bijna niet wachten op de eerste meetgegevens: ‘Eindelijk zijn we 'in business' en hebben een radioastronomie-instrument van Nederlandse komaf in de ruimte. Het team heeft ongelofelijk hard gewerkt en de eerste data zullen duidelijk gaan maken hoe goed het instrument werkelijk is.’ Het langer dan gepland wachten achter de maan had waarschijnlijk wel effect op de antennes. In het begin rolden de antennes soepel uit, maar het laatste stukje ging steeds lastiger. Het team heeft daarom besloten om eerst gegevens te verzamelen en later misschien de antennes verder uit te rollen. Met de kortere antennes is het instrument gevoelig voor signalen van zo’n achthonderd miljoen jaar na de oerknal, toen de eerste sterren zich vormden. Met de maximale lengte kunnen signalen van vlak na de oerknal opgevangen kunnen worden. 
→ Volledig persbericht

8 november 2019
Wetenschappers uit Duitsland en de VS hebben de resultaten gepresenteerd van een nieuwe geavanceerde computersimulatie van de evolutie van sterrenstelsels. ’TNG50’ is de meest gedetailleerde grootschalige kosmologische simulatie tot nu toe. De resultaten ervan zijn op 7 november gepresenteerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bij eerdere simulaties was onvoldoende rekenkracht beschikbaar om de evolutie van een groot stuk heelal heel gedetailleerd na te bootsen. Er moest steeds worden gekozen tussen ofwel een omvangrijk gebied met weinig detail of een klein gebied met veel detail. Bij de TNG50-simulatie is nu de combinatie van beide geslaagd. Er is een meer dan 230 miljoen lichtjaar grote kubus van ruimte doorgerekend, gevuld met een oermengsel van donkere (onzichtbare) materie, sterren, gas, magnetische velden en superzware zwarte gaten. Met deze rekenklus is een Duitse supercomputer meer dan een jaar zoet geweest. De simulatie laat zien hoe uit de chaotische en zeer turbulente gaswolken die het heelal oorspronkelijk vulden schijfvormige sterrenstelsels zoals onze Melkweg ontstonden. Daar was niet meer voor nodig dan de complexe interacties tussen de basisingrediënten die in het model zijn gestopt. Mettertijd is het heelal vanzelf steeds minder ‘rommelig’ geworden: uit chaos ontstond orde. (EE)
→ Galactic fountains and carousels: order emerging from chaos

12 september 2019
Een internationaal team van astronomen heeft een nieuwe, hogere waarde gemeten voor de snelheid waarmee het heelal uitdijt. Ze gebruikten twee zware sterrenstelsels als ‘zwaartekrachtlenzen’ om het licht van verafgelegen objecten te analyseren. Het onderzoek is geleid door het Max Planck Institute for Astrophysics (MPA) in Garching, Duitsland. Sterrenkundige Léon Koopmans van de Rijksuniversiteit Groningen maakt deel uit van het team. Het resultaat verschijnt op 13 september in het tijdschrift Science. De afstand tussen sterrenstelsels neemt toe sinds de oerknal van 13,8 miljard jaar geleden, doordat de ruimte uitdijt. En hoe verder een sterrenstelsel is verwijderd, hoe groter de snelheid waarmee het van ons af beweegt. De Hubble-constante is de verhouding tussen de snelheid en de afstand. Voor sterrenkundigen is die Hubble-constante een essentiële eenheid om nauwkeurig afstanden in het universum te bepalen. Die afstanden zijn weer belangrijk om in te schatten hoe helder of groot objecten zijn, en dat helpt sterrenkundigen te begrijpen hoe het heelal zich heeft ontwikkeld. Maar er is een probleem: verschillende manieren om de waarde van de Hubble-constante te meten geven niet precies dezelfde uitkomst. De Hubble-constante wordt uitgedrukt in kilometer per seconde per megaparsec (3,3 miljoen lichtjaar). De meest nauwkeurige bepalingen, gebaseerd op analyses van de kosmische achtergrondstraling, komen uit een op waarden van 71 km/s per megaparsec (WMAP-missie) en ongeveer 67 (Planck-missie). Het verschil is klein, maar maakt onderzoek aan details van de oorsprong en ontwikkeling van het heelal lastig. Andere technieken, gebaseerd op metingen aan supernova’s, leveren doorgaans iets hogere waarden op. In het Science-artikel wordt een nieuwe methode gepresenteerd om de Hubble-constante te meten. De onderzoekers keken hoe de zwaartekracht van twee verschillende sterrenstelsels het licht van objecten die erachter staan afbuigt. Deze stelsels werken als een zwaartekrachtlens. Via slimme rekenmethoden wisten zij de diameter van deze ‘lenzen’ te achterhalen. En met deze diameter konden zij de afstand tot de beide lenzen nauwkeurig berekenen. Uiteindelijk leverde dit een nieuwe waarde op voor de Hubble-constante. De astronomen vonden een waarde van 82 ± 8 km/s per megaparsec, wat erop wijst dat het heelal sneller uitdijt dan werd aangenomen. De onzekerheid in de schatting is toe te schrijven aan statistische onzekerheid, omdat maar twee zwaartekrachtlenzen zijn gebruikt. De onderzoekers zijn al bezig om hun techniek los te laten op meer lenzen, waardoor de onzekerheid zal afnemen. Het resultaat lijkt te bevestigen dat er een systematisch verschil bestaat tussen de waarde van de Hubble-constante zoals die is afgeleid uit indirecte bronnen als de kosmische achtergrondstraling die kort na de oerknal werd uitgezonden, en methoden gebaseerd op metingen aan objecten als supernova’s of in dit geval zwaartekrachtlenzen, die veel jonger zijn. ‘Dit wijst erop dat we de natuurkunde van het vroege heelal nog niet goed begrijpen’, zegt coauteur Léon Koopmans, ’En dat het standaardmodel van de kosmologie wellicht moet worden herzien.’ 
→ Oorspronkelijk persbericht

16 juli 2019
Astronomen hebben twee nieuwe bepalingen gedaan van de zogeheten Hubble-constante – een grootheid die aangeeft hoe snel het heelal uitdijt. De uitkomsten liggen niet heel ver uit elkaar, maar roepen wel vragen op. In een publicatie in de Astrophysical Journal heeft een team onder leiding van Wendy Freedman van de universiteit van Chicago de resultaten gepresenteerd van een onderzoek waarbij gekeken is naar rode reuzensterren. Dat zijn oude broertjes van onze zon die aan het einde van hun bestaan opgezwollen zijn. Door de schijnbare helderheden van verre rode reuzensterren te vergelijken met die van nabije, waarvan bekend is hoe ver weg ze zijn, kunnen ook de afstanden van eerstgenoemden worden bepaald. In combinatie met de gemeten snelheden van de sterrenstelsels waarvan deze sterren deel uitmaken, levert dat een bepaling van de Hubble-constante op. Het team van Freedman komt uit op 69,8 kilometer per seconde per megaparsec, waarbij een megaparsec gelijk is aan 3,26 miljoen lichtjaar. Maar van een ander onderzoek, H0LiCOW geheten, doken vorige week nieuwe resultaten op die uitkomen op 73,3. Bij H0LiCOW is gekeken naar de manier waarop zware sterrenstelsels het licht van verder weg staande stelsels – in dit geval quasars – afbuigen. Ook dat levert een methode op waarmee de Hubble-constante kan worden bepaald. De resultaten liggen niet heel ver uit elkaar, maar het verschil van ruwweg 3 km/s/Mpc is toch ongemakkelijk groot. Daarbij moet wel worden aangetekend dat de uitkomsten van H0LiCOW heel dicht in de buurt liggen van twee andere recente bepalingen van de Hubble-constante. Dat zou kunnen betekenen dat er iets mis is met de compleet nieuwe methode die Freedman en haar collega’s hebben gebruikt. Daarnaast speelt er echter nog een andere kwestie. Enkele jaren geleden kwam weer een ander team op basis van gegevens van de Europese Planck-satelliet tot een Hubble-constante van 67,4. Deze opvallend lage uitkomst was gebaseerd op een nauwkeurige analyse van de structuur van de kosmische achtergrondstraling – de alomaanwezige warmtestraling die zijn oorsprong vindt bij de oerknal. Het resultaat van Freedman ligt dus ongeveer halverwege de uitkomsten van H0LICOW en Planck. En de grote vraag is waaraan dat ligt. Vast staat alleen dat er ook na de nieuwste metingen geen zekerheid bestaat over de uitdijingssnelheid – en daarmee ook de exacte leeftijd – van het heelal. (EE)
→ New measure of Hubble constant adds to mystery about universe’s expansion rate

25 april 2019
Ook de nieuwste metingen met de Hubble-ruimtetelescoop laten zien dat het heelal sneller uitdijt dan verwacht mag worden op basis van de uitdijing zoals die kort na de oerknal is waargenomen (Astrophysical Journal Letters, 25 april). Bij het nieuwe onderzoek hebben astronomen het licht geanalyseerd van zeventig veranderlijke sterren in de Grote Magelhaense Wolk, een klein buurstelsel van de Melkweg. Deze sterren – zogeheten cepheïden – hebben de bijzondere eigenschap dat hun trage, regelmatige helderheidsvariaties kunnen worden gebruikt om grote afstanden in het heelal te bepalen. De Hubble-metingen van het helderheidsgedrag van de zeventig cepheïden zijn gecombineerd met een nauwkeurige afstandsbepaling van de Grote Magelhaense Wolk, waarbij gebruik is gemaakt van dubbelsterren die zich vanaf de aarde gezien beurtelings bedekken. Het resultaat van dit alles is dat de periode-lichtkrachtrelatie van cepheïden – het verband dat wordt gebruikt om de afstanden van deze sterren te bepalen – nu nog nauwkeuriger bekend is dan voorheen. De afstanden van cepheïden staan aan de basis van de zogeheten kosmische afstandsladder. Deze laatste wordt gebruikt om de grootste afstanden in het heelal te bepalen en de Hubble-constante – een getal dat aangeeft hoe snel het heelal mettertijd uitdijt – te berekenen. De nieuwe waarde voor de Hubble-constante die de astronomen uit hun meest recente meetgegevens afleiden blijft in strijd met de verwachte waarde zoals die wordt afgeleid uit waarnemingen van de uitdijing van het jonge heelal met de Europese Planck-satelliet. Kort gezegd komt het erop neer dan het heelal momenteel 9 procent sneller uitdijt dan verwacht. Het feit dat de twee bepalingen van de uitdijingssnelheid van het heelal blijkbaar niet met elkaar in overeenstemming te brengen zijn, maakt het zeer waarschijnlijk dat er iets ontbreekt aan het kosmologische model dat de twee met elkaar verbindt. (EE)
→ New Hubble Measurements Confirm Universe Is Outpacing All Expectations of Its Expansion Rate

1 april 2019
Astronomen weten dat ruwweg 85 procent van de materie in het heelal uit donkere materie bestaat. De zwaartekracht van deze materie voorkomt dat sterrenstelsels zoals onze Melkweg uit elkaar vallen. Pogingen om de deeltjes waaruit deze mysterieuze materie zou kunnen bestaan op te sporen hebben tot nu toe echter niets opgeleverd. Een alternatieve verklaring voor de donkere materie zou zijn dat deze bestaat uit miniatuur zwarte gaten met afmetingen van minder dan een tiende millimeter. Zulke ‘zwarte gaatjes’ zouden, volgens een theorie van de Britse natuurkundige Stephen Hawking, een overblijfsel van de oerknal kunnen zijn. Om deze mogelijkheid te toetsen hebben Japanse astronomen de Subaru-telescoop op Hawaï zeven uur lang op het Andromedastelsel gericht. Op die manier hoopten ze de zwarte oergaten te kunnen opsporen via het zwaartekrachtlenseffect dat zij zouden moeten uitoefenen. Simpel gezegd zouden de minuscule zware gaten als lensjes werken die een ster minuten- tot urenlang helderder doen lijken, wanneer ze vanaf de aarde gezien voor deze langs schuiven. Met de Subaru-telescoop zijn de helderheden van tientallen miljoenen sterren in de gaten gehouden. Als het heelal zou wemelen van de oergaten, zouden een stuk of duizend van die sterren karakteristieke helderheidspiekjes moeten hebben vertoond. Maar er werd uiteindelijk maar één ‘lensgebeurtenis’ geregistreerd. De conclusie van het onderzoek, waarvan de resultaten op 1 april in Nature Astronomy zijn gepubliceerd, is dat als de zwarte oergaten al bestaan, ze niet meer dan een promille van de vereiste hoeveelheid donkere materie voor hun rekening kunnen nemen. Dat maakt het zeer onwaarschijnlijk dat Hawkings theorie klopt. (EE)
→ Subaru Telescope Helps Determine that Dark Matter is not Made Up of Tiny Primordial Black Holes

12 maart 2019
Zo nu en dan hengelt ons Melkwegstelsel een kleine naburige soortgenoot binnen. Onder invloed van getijdenkrachten ontstaat dan een ‘brug’ van gas en sterren tussen beide stelsels die uiteindelijk opgaat in de Melkweg. Een van de overblijfselen van zo’n ‘fusie’ is de sterrenstroom GD-1, en Amerikaanse wetenschappers denken dat deze donkere materie kan helpen opsporen in het Melkwegstelsel. Het bestaan van GD-1 werd vorig jaar opgemerkt in gegevens van de Europese astrometrische satelliet Gaia. GD-1 is een 33.000 lichtjaar lang lint van sterren in de halo – het ijle buitenste omhulsel – van de Melkweg. Het lijkt het overblijfsel te zijn van een klein sterrenstelsel dat ergens in de afgelopen 300 miljoen jaar door de Melkweg is opgeslokt. Een recente analyse van dit meanderende spoor van sterren wijst erop dat het onder invloed heeft gestaan van een object van hoge dichtheid. Volgens de astronomen Adrian Price-Whelan en Ana Bonaca zouden een verdichting en een onderbreking in deze sterrenstroom het gevolg kunnen zijn van een ontmoeting met een concentratie van donkere materie. Modelberekeningen laten zien dat het object dat de verstoringen in GD-1 heeft veroorzaakt waarschijnlijk tientallen miljoenen keren zoveel massa had als onze zon. Het zou bijvoorbeeld een bolvormige sterrenhoop kunnen zijn geweest of een dwergsterrenstelsel. Uit een analyse van de baanbewegingen van alle bekende bolhopen en dwergstelsels in en rond onze Melkweg blijkt echter dat geen ervan de afgelopen miljard jaar dicht genoeg in de buurt van GD-1 is geweest. Sommige kosmologische modellen voorspellen daarentegen dat in sterrenstelsels als de Melkweg talrijke samenballingen van donkere materie aanwezig zijn. En als dat zo is, kan GD-1 heel goed in de buurt van zo’n concentratie zijn gekomen. Ongeveer 85 procent van alle materie in het heelal zou uit donkere materie bestaan, en opeenhopingen ervan zouden hebben gediend als de ‘groeikernen’ van sterrenstelsels. De gegevens van Gaia zijn niet nauwkeurig genoeg om uitsluitsel te kunnen geven over de oorzaak van de verstoringen van GD-1. Daarom willen Price-Whelan en zijn collega’s de zwakke sterren in de sterrenstroom nog eens goed bekijken met de Hubble-ruimtetelescoop. Dat zou een indicatie kunnen geven van de baan die het verstorende object heeft gevolgd en van zijn huidige positie. Ook willen de astronomen de meer dan veertig andere sterrenstromen in de Melkweg onder de loep gaan nemen. (EE)
→ Streams of Stars Snaking Through the Galaxy Could Help Shine a Light on Dark Matter

5 maart 2019
CERN, het Europese laboratorium voor deeltjesfysica, heeft groen licht gegeven aan het Forward Search Experiment. FASER gaat zoeken naar lichte deeltjes die alleen via de zwaartekracht wisselwerkingen aangaan met normale materie. Dergelijke deeltjes zouden de donkere materie voor hun rekening kunnen nemen – de onzichtbare materie die het overgrote deel van de massa in het heelal lijkt te vertegenwoordigen. Het instrument dat voor FASER wordt ingezet is ongeveer 1 bij 5 meter groot en zal even buiten de cirkelvormige tunnel van de Large Hadron Collider (LHC) – de grote deeltjesversneller van CERN – worden geplaatst, op ongeveer 480 meter van het kolossale ATLAS-instrument waarmee het Higgs-boson is ontdekt. Het idee is dat de bundels van protonen die bij ATLAS met elkaar in botsing komen onbekende deeltjes generen die door het beton van de LHC-tunnel heen gaan en aldus het FASER-instrument bereiken. Dat instrument zal deze deeltjes volgen en hun vervalproces meten. In feite lift FASER gewoon mee met het onderzoek dat met ATLAS wordt gedaan. Hierdoor heeft het instrument relatief weinig eigen infrastructuur nodig. De detector zal tijdens de huidige ‘rustpauze’ van de LHC worden gebouwd en tussen 2021 en 2023 gegevens gaan verzamelen. Mogelijk wordt in de periode 2024-2026 een nog gevoeligere detector geplaatst. (EE)
→ CERN Approves Hunt for New Cosmic Particles at Large Hadron Collider

26 februari 2019
Wetenschappers van instituten in Japan, Duitsland en Oostenrijk hebben een mogelijke verklaring gevonden voor het feit dat donkere materie niet goed samenklontert in kleine sterrenstelsels, terwijl grote systemen – zoals clusters van sterrenstelsels – juist sterke concentraties van donkere materie vertonen. Het zou wel eens een kwestie van snelheid kunnen zijn (Physical Review Letters, 22 februari). Donkere materie is een geheimzinnige, niet rechtstreeks waarneembare vorm van materie die meer dan tachtig procent van alle massa in het heelal voor zijn rekening neemt. Aangenomen wordt dat deze materie er de oorzaak van is dat normale materie heeft kunnen ‘samenklonteren’ tot sterren en sterrenstelsels. Als het gedrag van donkere materie wordt bepaald door de zwaartekracht, zou je verwachten dat de dichtheid ervan het grootst is in de centrale delen van sterrenstelsels. Waarnemingen van met name elliptische dwergstelsels laten echter zien dat dit niet altijd het geval is. Dit raadsel kan worden opgelost door ervan uit te gaan dat donkere materie uit deeltjes bestaat die als biljartballen aan elkaar afketsen. Maar waarom doen ze dat in grote sterrenstelsels en clusters dan niet? Volgens de wetenschappers zouden de donkermateriedeeltjes alléén afketsen wanneer ze een specifieke, lage snelheid hebben, zoals in dwergstelsels het geval zal zijn. In clusters hebben de deeltjes veel hogere snelheden. Als dit klopt, zouden gedetailleerde waarnemingen van verschillende soorten sterrenstelsels moeten uitwijzen dat de verstrooiing van donkere materie inderdaad afhankelijk is van de snelheid. Een geschikt instrument hiervoor is de Prime Focus Spectrograph, die momenteel gebouwd wordt voor de Subaru-telescoop op Hawaï. (EE)
→ Dark Matter May be Hitting the Right Note in Small Galaxies

14 februari 2019
Metingen van de zwaartekrachtgolven van botsende neutronensterren kunnen uitsluitsel geven over een hardnekkig kosmologisch vraagstuk: de uitdijingssnelheid van het heelal. Dat stelt een internationaal team, met onder meer wetenschappers van de Radboud Universiteit in Nijmegen, in een artikel dat vandaag in Physical Review Letters is verschenen. Het heelal dijt al sinds zijn ontstaan – 13,8 miljard jaar geleden – uit. Op dit moment gebeurt dat met een snelheid die bekendstaat als de Hubble-constante. De twee beste methoden die worden gebruikt om de Hubble-constante te meten zijn echter niet met elkaar in overeenstemming. Dat kan betekenen dat het huidige ‘standaardmodel’ voor de structuur en evolutie van het heelal niet correct is. De ene methode is gebaseerd op waarnemingen van cepheïden (een bepaald type veranderlijke sterren) en supernova’s (exploderende sterren) in het nabije heelal. De andere maakt gebruik van metingen van de kosmische achtergrondstraling – de warmtestraling die kort na de oerknal is uitgezonden. Volgens de kosmologen kan deze kwestie met behulp van waarnemingen van zwaartekrachtgolven uit de wereld worden geholpen. Zwaartekrachtgolven ontstaan (bijvoorbeeld) wanneer twee om elkaar wentelende neutronensterren naar elkaar toe spiralen om uiteindelijk met elkaar in botsing te komen. Bij deze botsing ontstaat een explosie die gepaard gaat met een heldere lichtflits. De zwaartekrachtgolven die de neutronensterren tot aan de botsing produceren worden geregistreerd met detectoren zoals LIGO en Virgo. Dat levert een nauwkeurige waarde op voor de afstand van de dubbelster. Door bovendien het licht van de uiteindelijk explosie te detecteren, kunnen astronomen de snelheid bepalen waarmee de dubbelster ten opzichte van de aarde beweegt. Uit de combinatie van afstand en snelheid volgt de Hubble-constante. De onderzoekers hebben berekend dat waarnemingen van een vijftigtal van deze botsingen in de beste bepaling van de Hubble-constante ooit zullen resulteren. Jammer genoeg zijn de botsingen nogal zeldzaam: volgens de kosmologen zullen we nog vijf tot tien jaar geduld moeten hebben. (EE)
→ Gravitational Waves Will Settle Cosmic Conundrum

14 februari 2019
Astronomen hebben de vermoedelijke locatie gevonden waar een flink deel – een derde tot de helft – van de normale materie in het heelal zich schuilhoudt. Zoals computersimulaties al hadden voorspeld, blijkt deze materie te bestaan uit heet gas dat deel uitmaakt van het zogeheten kosmische web. Gewone materie zoals wij die kennen zou ongeveer vijf procent van het totaal aan materie en energie in het heelal moeten vertegenwoordigen. De rest komt voor rekening van de geheimzinnige ingrediënten donkere materie en donkere energie. Tot nu toe was een deel van die normale materie echter onvindbaar. Als je alles wat we aan gaswolken, sterren en sterrenstelsels waarnemen bij elkaar optelt, kom je namelijk niet aan die vijf procent. Een van de mogelijkheden was dat de ontbrekende materie zich ophoudt in de reusachtige filamenten van heet gas van het kosmische web – de draderige ‘hoofdstructuur’ van het heelal die de vele clusters en superclusters van sterrenstelsels met elkaar verbindt. Nieuwe waarnemingen met de Amerikaanse röntgensatelliet Chandra lijken dat nu te bevestigen. Met Chandra is gekeken naar een quasar – de heldere kern van een ver sterrenstelsel. Als zich inderdaad heet gas heeft verzameld in het kosmische web, zou dat gas een deel van de röntgenstraling van zo’n quasar moeten absorberen. Het probleem daarbij was dat het absorptiesignaal van het gas uiterst gering zal zijn ten opzichte van de röntgenintensiteit van de quasar. Dat hebben astronomen nu omzeild door zich op specifieke delen van het röntgenspectrum te richten. Dat deden ze door eerst sterrenstelsels op te sporen die nabij de gezichtslijn naar de quasar stonden en die zich ook nog eens op dezelfde afstand bevonden als gebieden van gas die eerder op ultraviolette golflengten waren gedetecteerd. Op die manier werden 17 mogelijke filamenten tussen de quasar en ons opgespoord. Door rekening te houden met de uitdijing van het heelal, die ervoor zorgt dat lichtgolven tijdens hun lange reis door de ruimte worden uitgerekt oftewel een langere golflengte krijgen, konden de astronomen nu voorspellen wáár in het röntgenspectrum de absorptie van de gasfilamenten zou moeten optreden. Omdat het absorptiesignaal ook dan nog erg zwak is, werden de spectra van de 17 filamenten bij elkaar opgeteld. Op die manier is een signaal van heet zuurstofgas ontdekt. Vervolgens hebben de onderzoekers de geschatte hoeveelheid zuurstof in de filamenten geëxtrapoleerd naar andere elementen en naar het volledige heelal. Dat brengt ze tot de conclusie dat ze de ontbrekende normale materie in het heelal – of tenminste een flink deel ervan – inderdaad hebben opgespoord. (EE)
→ Where is the Universe Hiding its Missing Mass?

28 januari 2019
Metingen aan verre quasars hebben mogelijk een probleem aan het licht gebracht met het kosmologische standaardmodel. Volgens dit model bestaat het heelal voor een paar procent uit 'gewone materie', voor ruim een kwart uit mysterieuze donkere materie, en voor het overgrote deel uit een al even raadselachtige donkere energie. Het model wordt door veel waarnemingen ondersteund, en het doet voorspellingen over de uitdijingsgeschiedenis van het heelal. Met de Europese röntgenruimtetelescoop XMM-Newton zijn nu waarnemingen aan duizenden verre quasars verricht die vraagtekens lijken te zetten bij de geldigheid van die voorspellingen. Quasars zijn de extreem heldere kernen van ver verwijderde sterrenstelsels; de energie is afkomstig uit de directe omgeving van superzware zwarte gaten in de kernen van die stelsels. Vanwege hun enorme lichtkracht kunnen ze met gemak worden waargenomen op afstanden van vele miljarden lichtjaren. Door de ultraviolet- en röntgeneigenschappen van quasars te bestuderen, is het mogelijk een onafhankelijke afstandsbepaling te verrichten. Op basis van de XMM-metingen is dat uiteindelijk voor zo'n 1600 verre quasars gelukt. Door die afstanden te vergelijken met de roodverschuiving van de quasars (de golflengteverschuiving van de waargenomen straling als gevolg van de uitdijing van het heelal) kunnen de allervroegste fasen van de uitdijingsgeschiedenis van de kosmos worden achterhaald. De resultaten, gepubliceerd in Nature Astronomy, zijn niet goed in overeenstemming met de voorspellingen van het standaardmodel van de kosmologie. Het is alsof de donkere energie in het heelal, die van grote invloed is op de uitdijingssnelheid, in de loop van de tijd evolueert. Dat zou wellicht ook een verklaring kunnen opleveren voor de recente controverse rond de Hubbleconstante (een maat voor de uitdijingssnelheid): 'lokale' metingen aan de Hubbleconstante komen uit op een significant hogere waarde dan 'kosmologische' bepalingen op basis van de eigenschappen van de kosmische achtergrondstraling. (GS)
→ Active galaxies point to new physics of cosmic expansion

22 januari 2019
Metingen aan de helderheidsvariaties van een zogeheten dubbelquasar hebben nieuwe informatie opgeleverd over de uitdijingssnelheid van het heelal. Over die uitdijingssnelheid (de zogeheten Hubbleconstante) bestaat de laatste tijd grote onduidelijkheid: verschillende methoden om de Hubbleconstante te bepalen - de 'lokale' en de 'kosmologische' methode - komen uit op verschillende waarden, die ongeveer 9 procent van elkaar verschillen, terwijl beide methoden toch een nauwkeurigheid van 1 à 2 procent claimen. De dubbelquasar SDSS J1206+4332 is in werkelijkheid één quasar (de heldere kern van een ver verwijderd sterrenstelsel) waarvan het licht via twee verschillende wegen op aarde aankomt: het quasarbeeldje wordt gesplitst door de zwaartekracht van een dichterbij gelegen sterrenstelsel. Zulke zwaartekrachtlenzen kunnen gebruikt worden om de uitdijingssnelheid van het heelal te bepalen. Via de ene lichtweg doet het quasarlicht er iets langer over om de aarde te bereiken dan via de andere lichtweg. Dat tijdsverschil (in combinatie met informatie over het lensstelsel) vertelt je wat de uitdijingssnelheid van het heelal is. Door helderheidsvariaties in de twee quasarbeeldjes te bestuderen en met elkaar te vergelijken, konden sterrenkundigen het padlengteverschil achterhalen. Ze gebruikten daarvoor metingen met de Hubble Space Telescope en met grote telescopen op aarde. De nieuwe resultaten, gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, wijzen op een Hubbleconstante van 72,5 kilometer per seconde per megaparsec - heel goed in overeenstemming met de 'lokale' bepalingen van de uitdijingssnelheid, maar dus fors in tegenspraak met de 'kosmologische' waarde. De controverse rond de Hubbleconstante is met de nieuwe resultaten in elk geval nog niet uit de wereld. (GS)
→ Nieuwsbericht op www.phys.org

5 december 2018
Astronomische waarnemingen wijzen erop dat het heelal een grote hoeveelheid materie bevat die geen enkele waarneembare vorm van elektromagnetische straling uitzendt. Volgens sommige theorieën zou de donkere materie in het heelal bestaan uit zogeheten WIMPs – relatief zware deeltjes die bijna geen interacties aangaan met ‘normale’ materie. Rond de laatste eeuwwisseling leken experimenten met de DAMA-detector het bestaan van deze deeltjes te bevestigen: er werd een variërend signaal gemeten met een periode van een jaar. Zo’n variatie was voorspeld: deze zou ontstaan doordat de snelheid van de aarde ten opzichte van de donkere halo van onze Melkweg verandert door de draaiing om de zon. De DARMA-resultaten zijn echter nooit bevestigd. Sinds 2016 wordt geprobeerd om het resultaat van DAMA te bevestigen of verder te ontkrachten met een ondergrondse detector die in Zuid-Korea staat opgesteld: COSINE-1. Dat experiment zal nog twee jaar doorlopen, maar de eerste resultaten – vandaag in Nature gepubliceerd – zijn weinig bemoedigend. Tot nu toe zijn er geen aanwijzingen voor het bestaan van WIMPs of een jaarlijkse variatie in de data aangetroffen. (EE)
→ COSINE-100 experiment investigates dark matter mystery

5 december 2018
Een wetenschapper van de Universiteit van Oxford denkt een van de grootste vraagstukken in de moderne natuurkunde te hebben opgelost. Volgens hem zijn donkere materie en donkere energie – de twee belangrijkste bestanddelen van ons heelal – geen afzonderlijke fenomenen, maar maken ze deel uit van een donker fluïdum dat ‘negatieve massa’ bezit. Een negatieve massa heeft de bijzondere eigenschap dat hij sneller naar je toe komt naarmate je hem harder van je weg duwt (Astronomy & Astrophysics, 5 december). Volgens de meest gangbare kosmologische theorie bestaat slechts ongeveer vijf procent van het heelal uit normale materie. De overige 95 procent zou voor rekening komen van de donkere materie en de donkere energie – twee niet rechtstreeks waarneembare componenten waar we eigenlijk niets van weten, behalve dan dat ze waarneembare objecten beïnvloeden. Het donkere fluïdum waar de Britse wetenschapper Jamie Farnes nu mee komt biedt een alternatief daarvoor. Het bestaan ​​van negatieve materie was eerder uitgesloten omdat men dacht dat dit materiaal minder dicht zou worden naarmate het universum uitdijt, wat in strijd is met onze waarnemingen, die laten zien dat de dichtheid van de donkere energie niet verandert in de tijd. Om dat te voorkomen introduceert Farnes een ‘scheppingstensor’ die ervoor zorgt dat er voortdurend negatieve massa’s worden gecreëerd. Dat voorkomt dat het fluïdum van negatieve massa verdunt ten gevolge van de uitdijing van het heelal. De theorie van Farnes doet ook juiste voorspellingen voor het gedrag van de halo’s van donkere materie rond sterrenstelsels. De meeste sterrenstelsels roteren zo snel dat ze uit elkaar zouden moeten vallen. Dat suggereert dat ze bijeen worden gehouden door een onzichtbare ‘halo’ van donkere materie. Volgens het nieuwe model is het juist de afstotende kracht van het omringende donkere fluïdum dat de sterrenstelsels bijeenhoudt. In een eigen toelichting benadrukt Farnes dat zijn theorie niet in strijd is met de algemene relativiteitstheorie, maar meer een uitbreiding daarvan. Of hij gelijk heeft zal uit toekomstige waarnemingen moeten blijken. Mogelijk dat de in aanbouw zijnde Square Kilometre Array (SKA) – een kolossale verzameling radiotelescopen die verspreid over Australië en Zuid-Afrika komt te staan – uitkomst kan bieden. Dit instrument zal de verdeling van sterrenstelsels in de verschillende kosmische tijdperken in kaart brengen. Farnes hoopt de resultaten van SKA te kunnen gebruiken om zijn theorie te toetsen. (EE)
→ Bringing balance to the universe: New theory could explain missing 95 percent of the cosmos

29 november 2018
Onder leiding van astrofysicus Marco Ajello van Clemson University (VS) is een groot internationaal team van wetenschappers erin geslaagd om te meten hoeveel fotonen (‘lichtdeeltjes’) de sterren in ons heelal tot nu toe hebben uitgezonden. Het eindtotaal is een duizelingwekkend groot getal met 84 nullen (Science, 30 november). Volgens de huidige inzichten zijn de eerste sterren ontstaan toen ons heelal nog maar een paar honderd miljoen jaar bestond – ruim 13 miljard jaar geleden dus. Met behulp van gegevens van de Amerikaanse ruimtetelescoop Fermi, die gammastraling detecteert, hebben de wetenschappers gemeten hoeveel licht deze sterren in de loop van de tijd hebben uitgezonden. Ook hebben ze een reconstructie gemaakt van de stervormingsgeschiedenis van het heelal. Bij het onderzoek is gekeken naar de gammastraling van zogeheten blazars – sterrenstelsels met een actief zwart gat in hun centrum. Deze stelsels produceren twee bundels van energierijke deeltjes en straling die bijna letterlijk de ruimte in worden geschoten. Wanneer een van deze ‘jets’ toevallig recht op de aarde is gericht, is hij detecteerbaar, zelfs wanneer de blazar miljarden lichtjaren van ons verwijderd is. De uitgezonden gammafotonen komen tijdens hun lange reis door de ruimte ontelbare minder energierijke soortgenoten tegen. Dat zijn voornamelijk fotonen die door de ontelbare sterren in het heelal zijn uitgezonden. Bij een ‘botsing’ tussen een gammafoton en een minder energierijk foton ontstaat een tweetal geladen deeltjes en ‘verdwijnen’ de fotonen. Door naar het spectrum van een blazar te kijken, kunnen astronomen zien hoeveel fotonen zijn geabsorbeerd en hoe dicht de ‘mist’ van fotonen was waar de gammastraling doorheen is gegaan. Door dit voor blazars op verschillende afstanden te doen, kan zo de fotonendichtheid voor verschillende momenten in de kosmische geschiedenis worden bepaald. Deze metingen laten zien dat de productie van nieuwe sterren ongeveer 11 miljard jaar geleden haar hoogtepunt heeft bereikt en sindsdien is afgenomen. Dat resultaat stemt goed overeen met eerdere bepalingen van het piekmoment in de stellaire geschiedenis van ons heelal. Gezamenlijk hebben al deze sterren ruwweg 4.000.000.000.000.000.000.000.000... (nou ja, een 4 met 84 nullen erachter) fotonen uitgezonden. Dat lijkt kolossaal veel, maar in totaal is het maar een zwakke gloed die verbleekt bij het licht dat we van de zon en de overige sterren van de Melkweg ontvangen. Dat komt doordat het heelal zo onvoorstelbaar groot is: het licht van bijna alle sterren moet dus van heel ver komen en is bij aankomst op aarde uiterst zwak geworden. Vandaar dat de nachthemel zo donker is – afgezien van de lichtvervuiling dan. (EE)
→ Clemson scientists measure all of the starlight ever produced by the observable universe

29 oktober 2018
De Internationale Astronomische Unie (IAU) heeft besloten om de Wet van Hubble voortaan de Wet van Hubble-Lemaître te noemen. Het gaat om het verband tussen de roodverschuiving van een sterrenstelsel en de schijnbare vluchtsnelheid van dat stelsel, als gevolg van de uitdijing van het heelal. In de afgelopen decennia is steeds duidelijker geworden dat dat verband in de jaren twintig van de vorige eeuw niet alleen werd opgemerkt door de Amerikaanse kosmoloog Edwin Hubble, maar ook door de Belgische astronoom en Jezuïetenpriester Georges Lemaître, die ook gezien wordt als de geestelijk vader van de oerknaltheorie. Een voorstel om de naam van de betreffende wet te veranderen werd ingediend en besproken tijdens de 30ste Algemene Vergadering van de IAU in augustus 2018 in Wenen. IAU-leden konden vervolgens tot eind oktober elektronisch hun stem uitbrengen. Van de 11.072 leden deden er 4060 (37%) mee aan de stemming. Het voorstel werd vervolgens aangenomen met 78% voor, 20% tegen en 2% onthoudingen. (GS)
→ Vote Recommends Renaming Hubble Law to Hubble-Lemaitre Law

2 oktober 2018
De mysterieuze donkere materie in het heelal, waarvan alleen de zwaartekracht wordt gemeten maar waarvan de ware aard een onopgelost raadsel is, kan niet bestaan uit zwarte gaten die tijdens de oerknal zijn ontstaan. Dat blijkt uit een nauwgezette statistische analyse van het licht van vele honderden supernova-explosies in andere sterrenstelsels. Meer dan 80 procent van alle materie in het heelal bestaat niet uit gewone atomen en moleculen, en vertoont ook geen wisselwerking met die gewone materie, afgezien dan via de zwaartekracht. Waaruit die zogeheten donkere materie dan wél bestaat - tot dusver onbekende elementaire deeltjes, of grotere, zwaardere objecten - is niet bekend. Volgens één theorie die de laatste jaren weer aan populariteit won, zou het kunnen gaan om 'voorwereldlijke' zwarte gaten, die vlak na de oerknal zouden kunnen zijn ontstaan. Zulke 'oer-zwarte gaten' zouden enkele tientallen malen zo zwaar zijn als de zon, en min of meer gelijkmatig in het heelal verspreid kunnen zijn. Wanneer zulke zwarte gaten echt in grote aantallen voorkomen, zouden ze echter af en toe een merkbaar effect moeten hebben op verre supernova-explosies: het licht van die supernova's zou afgebogen en vooral tijdelijk versterkt moeten worden door de zwaartekrachtlenswerking van een zwart gat dat tussen de exploderende ster en de aarde door beweegt. Uit de nieuwe analyse, uitgevoerd door een team onder leiding van Miguel Zumalacárregui van de Universiteit van Californië in Berkeley, blijkt echter dat dat effect in geen enkel geval wordt waargenomen, terwijl je het statistisch gezien wel af en toe zou verwachten. In een artikel in Physical Review Letters concluderen de onderzoekers dan ook dat 'oer-zwarte gaten' hooguit een relatief klein percentage van de totale hoeveelheid donkere materie in het heelal kunnen verklaren. (GS)
→ Black holes ruled out as universe’s missing dark matter

17 juli 2018
Het Britse Rutherford Appleton Laboratory heeft een grote titanium-cryostaat gebouwd en geleverd voor de Amerikaanse LUX-Zeplin-detector (LZ). LZ gaat in een diepe mijn in South Dakota jacht maken op de mysterieuze donkere materie in het heelal, waarvan de ware aard nog steeds niet is opgehelderd. De cryostaat (een soort overmaatse thermosfles) is gemaakt van ulra-zuiver titanium, weegt 2000 kilogram en houdt het feitelijke LZ-experiment op een temperatuur van 100 graden Celsius onder nul. Er is tweeënhalf jaar aan de cryostaat gewerkt. LUX-Zeplin moet in 2020 operationeel zijn. (GS)
→ UK delivers super-cool kit to USA for Next-Generation Dark Matter Experiment

17 juli 2018
Ook de nieuwste, meest complete data release van de Europese ruimtetelescoop Planck, die tussen 2009 en 2013 precisiemetingen heeft verricht aan de kosmische achtergrondstraling, ondersteunt het standaardmodel van de kosmologie, waarin het heelal voor het grootste deel bestaat uit mysterieuze donkere materie en al even raadselachtige donkere energie. Alle meetgegevens van Planck, zowel aan de temperatuur als aan de polarisatie van de kosmische achtergrondstraling (de 'echo' van de oerknal waarmee het heelal 13,8 miljard jaar geleden ontstond), zijn nu verwerkt en in detail geanalyseerd. De conclusies voor wat betreft de samenstelling en de evolutie van het universum zijn - net als in de vorige, nog enigszins incomplete data release - volledig in overeenstemming met het kosmologische standaardmodel. Daarmee is overigens bepaald nog geen oplossing gevonden voor het merkwaardige gegeven dat de huidige uitdijingssnelheid van het heelal, zoals bepaald op basis van een extrapolatie van de Planck-data, significant afwijkt van de waarde die gevonden wordt op basis van metingen in het huidige, 'lokale' heelal, onder andere door de ruimtetelescoop Gaia. Een reeks van 12 wetenschappelijke artikelen waarin alle Planck-data worden beschreven, is gepubliceerd op de website van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. (GS)
→ Planck: final data from the mission lends strong support to the standard cosmological model

12 juli 2018
Nieuwe gegevens van de ruimtetelescopen Hubble en Gaia hebben een nieuwe nauwkeurige bepaling opgeleverd van de zogeheten Hubble-constante – een maat voor de uitdijingssnelheid van ons heelal. Het resultaat is meer dan ooit in strijd met de Hubble-constante zoals de Planck-satelliet die ‘voorspelt’ (Astrophysical Journal, 12 juli). Planck heeft metingen gedaan van de kosmische achtergrondstraling en zo het heelal in kaart gebracht zoals het er slechts 360.000 jaar na de oerknal uitzag. Daarbij zijn de afmetingen gemeten van bepaalde rimpelingen in de achtergrondstraling, die informatie geven over hoeveel donkere en normale materie er is en hoe snel het heelal destijds uitdijde. Daaruit kan dan in principe worden afgeleid hoe snel het heelal nú zou moeten uitdijen. De onzekerheidsmarges waren groot genoeg om de meetwaarden van Hubble en Planck te kunnen verenigen. Maar nu het Hubble-resultaat met hulp van Gaia nog wat is aangescherpt (de onzekerheid is nog maar 2,2 procent), staan de resultaten duidelijk op gespannen voet met elkaar. Met behulp van Hubble en Gaia komen wetenschappers op een uitdijingssnelheid van 73,5 kilometer per seconde per megaparsec, terwijl de Planck-voorspelling blijft steken bij 67,0 km/s/mpc. Hoe de kloof tussen de beide Hubble-constanten kan worden gedicht, is nog onduidelijk. Misschien heeft het te maken met onze gebrekkige kennis van de hoofdbestanddelen van het heelal – de donkere materie en de donkere energie. Of misschien is er een nog onbekend deeltje in het spel. Hoe dan ook: ergens klopt iets niet. (EE)
→ Hubble and Gaia Team Up to Fuel Cosmic Conundrum

28 mei 2018
De extreem gevoelige XENON1T-detector in het ondergrondse San Grasso-laboratorium in Italië heeft na bijna een jaar meten geen spoor opgeleverd van de mysterieuze donkere materie die volgens zwaartekrachtmetingen en andere kosmologische aanwijzingen in het heelal aanwezig moet zijn. Het XENON1T-experiment, waaaraan belangrijke bijdragen zijn geleverd door het Nationaal instituut voor subatomaire fysica (Nikhef), bestaat uit een tank die gevuld is met 1300 kilogram vloeibaar xenongas. Als donkere materie uit zogeheten WIMPs bestaat (weakly interacting massive particles), dan zou zo'n deeltje heel af en toe een reactie aan moeten gaan met de kern van een xenon-atoom, en daarbij een minuscuul beetje straling produceren. De nieuwste metingen, vandaag gepresenteerd op bijeenkomsten in Italië en Zwitserland, laten daar echter geen spoor van zien. De hoop is nu gevestigd op een nóg gevoeliger detector, XENONnT, die in 2019 in gebruik genomen moet worden. Het is ook denkbaar dat donkere materie niet uit WIMPs bestaat, maar uit een totaal ander soort deeltje, of dat er iets mis is met de standaardideeën over de zwaartekracht. (GS)
→ Nieuwe resultaten van XENON1T, de meest gevoelige donkere-materiedetector ter wereld

14 mei 2018
Een multiversum – een stelsel van vele naast elkaar bestaande heelallen – is wellicht niet zo’n onherbergzaam oord als tot nu toe wordt aangenomen, zo blijkt uit twee nieuwe publicaties in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Computersimulaties geven aan dat veel heelallen die deel uitmaken van zo’n multiversum leven zouden kunnen voortbrengen. Of een heelal geschikt is voor leven hangt in belangrijke mate af van de hoeveelheid donkere energie die het bevat. Als die hoeveelheid erg groot is, dijt een heelal zo snel uit dat de daarin aanwezige materie sterk verdund raakt vóórdat zich sterren en planeten kunnen vormen. Vaak wordt gesteld dat het nogal toevallig is dat ons heelal precies genoeg donkere energie lijkt te bevatten om leven mogelijk maken. Vandaar dat veel kosmologen wel wat zien in de multiversum-theorie. Als er heel veel heelallen bestaan, zullen er altijd wel een paar ‘goede’ tussen zitten, zo is – heel kort door de bocht – de redenering. Uit nieuwe grote computersimulaties, uitgevoerd door Britse en Australische wetenschappers, blijkt echter dat het toch niet zo nauw komt met de donkere energie. Ook een heelal dat een paar honderd keer zoveel donkere energie bevat als het onze blijkt met het grootste gemak sterren en planeten te kunnen vormen. Sterker nog: de kans dat een heelal veel meer donkere energie bevat dan het onze lijkt heel groot. Als dat inderdaad zo is, kan de multiversumtheorie op zichzelf niet verklaren waarom ons heelal zo weinig donkere energie bevat. Of ons heelal nu deel uitmaakt van een multiversum of niet doet er dus niet zo veel toe. Dit betekent dat deze specifieke eigenschap van ons heelal nog net zo onverklaarbaar zijn als voorheen. Dat wil volgens de wetenschappers overigens niet per se zeggen dat het multiversum niet bestaat. Er ontbreekt simpelweg nog iets: een nog onbekende natuurwet wellicht. (EE)
→ Could a Multiverse Be Hospitable to Life?

2 mei 2018
Vandaag is in de Journal of High Energy Physics een nieuwe theorie over het ontstaan van het heelal gepubliceerd, die de onlangs overleden Britse natuurkundige Stephen Hawking samen met zijn Belgische collega Thomas Hertog heeft opgesteld. De theorie, gebaseerd op de zogeheten snaartheorie, voorspelt dat het heelal eindig is en veel eenvoudiger dan veel van de huidige theorieën over de oerknal suggereren. De bestaande theorieën voorspellen dat ons lokale heelal is voortgekomen uit een korte stoot ‘inflatie’. Dat wil zeggen dat het heelal een fractie van een seconde na de eigenlijke oerknal in exponentieel tempo begon uit te dijen. Aangenomen wordt dat als deze inflatie eenmaal op gang gekomen is, er gebieden zijn waar deze eeuwig doorgaat. Het voor ons waarneembare deel van het heelal zou in dat geval een ‘kosmische oase’ zijn – een gebied waar de inflatie wél gestopt is, waardoor sterren en sterrenstelsels konden ontstaan. In dat geval zou ons heelal deel moeten uitmaken van een multiversum – een oneindige aantal heelallen die van elkaar gescheiden zijn door een ‘oceaan’ van inflatie. En in al die heelallen zouden andere natuurwetten heersen. In een multiversum als dit is alles mogelijk, en dat betekent automatisch dat de onderliggende theorie zich niet experimenteel laat toetsen. In hun artikel stellen Hawking en Hertog dat de voorstelling van de ‘eeuwige inflatie’ onjuist is. Met behulp van de snaartheorie – een tak van de theoretische fysica die de algemene relativiteitstheorie met de kwantumtheorie tracht te verzoenen – komen zij uit bij een multiversum dat niet uit oneindig veel, maar uit een veel geringer aantal heelallen bestaat.  Op basis van die nieuwe theorie doen Hawking en Hertog toetsbare voorspellingen. Zo zouden op het punt waar ons heelal zich loskoppelde van de eeuwige inflatie een specifiek soort zwaartekrachtgolven zijn ontstaan. Met de bestaande zwaartekrachtgolfdetectoren van LIGO zijn deze niet waarneembaar, maar met de toekomstige Europese zwaartekrachtgolfdetector in de ruimte, LISA, mogelijk wel. (EE)
→ Taming the Multiverse: Stephen Hawking’s Final Theory About the Big Bang

10 april 2018
Sterrenkundigen zijn onzichtbare, langgerekte filamenten van donkere materie in het heelal op het spoor gekomen. Deze slierterige structuren, met afmetingen van honderden miljoenen lichtjaren, vormen het 'steigerwerk' van de groteschaalstructuur van de kosmos: 'gewone', zichtbare materie heeft zich in de loop van de tijd in deze slierten en hun knooppunten opgehoopt, waardoor de huidige verdeling van sterrenstelsels in het heelal een enigszins draderig patroon vertoont - het zogeheten kosmische web. De filamenten van donkere materie verraden hun aanwezigheid doordat ze met hun zwaartekracht minieme verstoringen teweegbrengen in het beeld van de kosmische achtergrondstraling - de 'nagloed' van de oerknal. De astronomen zijn die 'zwakke lenswerking' op het spoor gekomen door gebruik te maken van geavanceerde patroonherkenningsalgoritmen. De resultaten zijn deze week gepubliceerd in Nature Astronomy. Behalve onderzoek aan de kosmische achtergrondstraling zijn ook metingen aan de verdeling van anderhalf miljoen sterrenstelsels meegenomen in de analyse. Die metingen zijn verzameld door de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). (GS)
→ Tiny Distortions in Universe’s Oldest Light Reveal Clearer Picture of Strands in Cosmic Web

9 april 2018
Het Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) aan de Universiteit van Washington in Seattle heeft voor het eerst de gevoeligheid bereikt die nodig is om gericht jacht te maken op axionen als kandidaat voor de mysterieuze donkere materie in het heelal. Dat schrijven onderzoekers deze week in Physical Review Letters. Donkere materie maakt ruim 80 procent uit van alle materie in de kosmos. Het bestaan ervan blijkt onder andere uit zwaartekrachtmetingen en waarnemingen van de kosmische achtergrondstraling. De ware aard van donkere materie is echter nog steeds een raadsel; zoektochten naar WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) hebben tot nu toe niets opgeleverd. Axionen zijn ook hypothetische elementaire deeltjes die mogelijk een verklaring kunnen vormen voor donkere materie. ADMX is nu de eerste detector die in staat is om zulke donkere-materie-axionen te vinden. Die doorbraak is mogelijk geworden door de toepassing van zogeheten SQUIDs - superconducting quantum interference devices, ontwikkeld aan de Universiteit van Californië in Berkeley. Onderzoekers verwachten dat de nieuwe detector binnen een paar jaar de eerste resultaten moet kunnen behalen. (GS)
→ After 30 years of R&D, breakthrough announced in dark matter detection technology, definitive search to begin for axion particles

28 februari 2018
Met behulp van een kleine radio-antenne in West-Australië hebben wetenschappers van Arizona State University en het Massachusetts Institute of Technology een signaal opgevangen dat is veroorzaakt door de eerste sterren in het heelal. Het gaat om een uiterst zwak signaal op een golflengte die ook nog eens ernstig wordt gehinderd door (veel sterkere) aardse stoorzenders. Toch lijken de betrokken astronomen zeker te zijn van hun resultaat (Nature, 1 maart). Het signaal is het gevolg van de interactie van de intense uv-straling van de oersterren met vrij rondzwervende waterstofatomen, die in reactie daarop fotonen van de kosmische achtergrondstraling op een golflengte van 21 centimeter gingen absorberen. Dat verschijnsel was al theoretisch voorspeld, maar het gemeten signaal is wel tweemaal zo sterk als de voorspellingen aangaven. Volgens de onderzoekers wijst dat erop dat de ‘mist’ van neutraal waterstofgas waarmee het heelal destijds gevuld was kouder was dan verwacht of dat de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling hoger was dan verwacht. Een lagere temperatuur van het interstellaire gas zou het gevolg kunnen zijn van interacties met donkeremateriedeeltjes, mits deze niet veel zwaarder waren dan protonen en niet al te hoge snelheden hadden. Het gedetecteerde signaal geeft aan dat de eerste sterren in het heelal ongeveer 180 miljoen jaar na de oerknal begonnen te stralen. (EE)
→ Dusting for fingerprints of the first stars in the universe

22 februari 2018
Astronomen hebben de tot nu toe meest nauwkeurige meting gedaan van de snelheid waarmee het heelal uitdijt. De uitkomst blijft echter afwijken van andere metingen van de kosmische uitdijing. Sinds begin vorige eeuw weten astronomen dat de afstanden tussen de sterrenstelsels in het heelal toenemen. Daarbij geldt dat sterrenstelsels zich van elkaar verwijderen met een snelheid die evenredig is met hun onderlinge afstand. Een ver stelsel beweegt dus met grotere snelheid van ons vandaan dan een nabij stelsel. Dit verschijnsel wordt toegeschreven aan de uitdijing van het heelal, die 13,8 miljard jaar geleden zou zijn begonnen met de oerknal. Tussen de ‘vluchtsnelheid’ van een sterrenstelsel en diens afstand bestaat een eenvoudige relatie: de snelheid is gelijk aan de afstand maal de zogeheten Hubble-constante. Deze laatste laat zich op verschillende manieren bepalen, en het liefst zouden astronomen zien dat de verschillende bepalingen dezelfde uitkomst geven. In de praktijk is dat echter niet zo. Metingen van de Europese Planck-satelliet wijzen erop dat de Hubble-constante voor het huidige heelal 67 à 69 kilometer per seconde per megaparsec (= 3,3 miljoen lichtjaar) zou moeten zijn. Dit betekent bijvoorbeeld dat een sterrenstelsel op 330 miljoen lichtjaar zich met een snelheid van 6700 tot 6900 km/s van ons verwijdert. Uit metingen van de Hubble-ruimtetelescoop – ook de allernieuwste die binnenkort in The Astrophysical Journal worden gepubliceerd – rolt echter een hogere waarde voor de Hubble-constante: 73 kilometer per seconde per megaparsec. Anders gezegd: de huidige sterrenstelsels bewegen sneller dan je op grond van waarnemingen van het vroege heelal, zoals Planck die heeft gedaan, zou verwachten. De oorzaak van deze afwijking wordt vooralsnog gezocht in het vroege heelal. Een mogelijke verklaring is dat de zogeheten donkere energie, die het heelal geleidelijk sneller doet uitdijen, in kracht toeneemt. Dat zou betekenen dat ook de gemeten versnelling van de uitdijingssnelheid van het heelal niet constant is. Een andere mogelijkheid is dat het heelal ‘donkere straling’ bevat – straling die onder meer uit zogeheten steriele neutrino’s bestaat. Dat zijn hypothetische subatomaire deeltjes die zich met bijna de lichtsnelheid voortplanten. De donkere straling zou verantwoordelijk zijn voor interacties tussen de deeltjes van de zogeheten donkere materie – onzichtbare materie die niet uit ‘gewone’ protonen, neutronen en elektronen bestaat. En ten slotte is er nog de mogelijkheid dat de interacties tussen donkere materie en normale materie of straling sterker zijn dan tot nu toe wordt aangenomen. Al deze scenario’s zouden gevolgen hebben voor de inhoud van het vroege heelal en in onjuiste voorspellingen van de huidige waarde van de Hubble-constante resulteren. (EE)
→ Improved Hubble Yardstick Gives Fresh Evidence for New Physics in the Universe

8 februari 2018
Duitse en Amerikaanse wetenschappers hebben een alternatieve verklaring bedacht voor een mysterieuze spectraallijn in het röntgengebied, die in verband wordt gebracht met de al even raadselachtige donkere materie. Volgens hen zou de betreffende straling, die een energie van 3,5 kilo-elektronvolt (keV) heeft, vrijkomen wanneer donkeremateriedeeltjes elkaar vernietigen (Physical Review Letters, 5 februari). De 3,5-keV röntgenstraling werd in 2014 voor het eerst opgemerkt bij waarnemingen van de Perseus-cluster, een verzameling sterrenstelsels op 240 miljoen lichtjaar van de aarde. Volgens sommige wetenschappers zou die straling wel eens het puzzelstukje kunnen zijn dat de donkere materie kan ontraadselen. Tot nu toe kan het bestaan van deze materie alleen worden afgeleid uit de zwaartekrachtswerking die zij op haar omgeving uitoefent. Voor het ontstaan de 3-keV röntgenstraling zijn al verschillende verklaringen bedacht. Zo zou deze straling kunnen vrijkomen bij het verval van donkere materie of zouden de donkeremateriedeeltjes twee energieniveau’s kunnen hebben waartussen ze heen en weer ‘springen’. De Duitse en Amerikaanse wetenschappers komen nu met een derde mogelijkheid: de betreffende straling zou vrijkomen wanneer twee donkeremateriedeeltjes in botsing komen en elkaar annihileren. Dit is vergelijkbaar met wat er gebeurt als een elektron zijn antideeltje, het positron, tegenkomt. Als deze interpretatie klopt, moet donkere materie bestaan uit zeer lichte deeltjes met een massa van slechts enkele keV’s – zogeheten steriele neutrino’s. Hun annihilatie zou een tweetrapsproces zijn waarbij eerst een tussentoestand wordt gevormd die vervolgens uiteenvalt tot de waargenomen röntgenfotonen. Deze ‘omweg’ is nodig, omdat ’lichtgewicht’ donkere materie de vorming van sterrenstelsels anders maar heel moeilijk kan verklaren. (EE)
→ Cosmic x-rays may provide clues to the nature of dark matter

19 december 2017
Donkere materie kent misschien twee energieniveaus. Door het absorberen en opnieuw uitzenden van röntgenstraling met een energie van 3,5 kilo-elektronvolt (keV) zouden donkere-materiedeeltjes tussen deze twee energieniveaus kunnen 'wisselen'. Als dit idee stand houdt, biedt het nieuwe mogelijkheden voor het onderzoek aan het mysterieuze bestanddeel van de kosmos. Tot nu toe heeft donkere materie zich alleen 'verraden' door zijn zwaartekrachtwerking. De ware aard ervan is nog steeds een raadsel. Het idee van de twee energieniveaus wordt geopperd in een artikel in Physical Review D. Daarin worden röntgenwaarnemingen beschreven van de Perseus-cluster van sterrenstelsels, verricht door het Amerikaanse Chandra X-ray Observatory. Eerder is al ontdekt dat clusters van sterrenstelsels relatief veel röntgenstraling uitzenden met een energie van 3,5 keV. Die straling kan niet eenvoudig verklaard worden door bekende astrofysische processen; sterrenkundigen hadden daarom al gesuggereerd dat deze 'röntgenemissielijn' iets met donkere materie te maken zou kunnen hebben. Nieuwe, gedetailleerde waarnemingen van de 'breedbandige' röntgenstraling uit de directe omgeving van het superzware zwarte gat in het centrum van de cluster laten nu echter zien dat er daar juist sprake is van een tekort aan röntgenstraling van deze specifieke energie - een 'absorptielijn'. De vergelijking dringt zich op met heet gas, dat op bepaalde golflengten licht uitzendt, maar op diezelfde golflengten licht absorbeert wanneer het zich tussen een heldere lichtbron en de aarde bevindt. Als de 3,5 keV-straling echt geassocieerd is met donkere materie, doen de nieuwe waarnemingen vermoeden dat ook donkere materie een 'grondtoestand' en een 'aangeslagen toestand' kent, net zoals dat het geval is voor de atromen in gasmoleculen. De onderzoekers zijn echter nog heel voorzichtig met het trekken van conclusies. (GS)
→ A New Twist in the Dark Matter Tale

18 december 2017
Veel 'alternatieve' zwaartekrachttheorieën en diverse ideeën over donkere energie kunnen bij het oud papier. Dat stellen natuurkundigen van het Lawrence Berkeley National Laboratory in een artikel in Physical Review Letters. Daarbij baseren ze zich op metingen aan GW170817 - een uitbarsting van zwaartekrachtgolven die afgelopen zomer werd waargenomen door detectoren in de Verenigde Staten en Europa. De zwaartekrachtgolven werden geproduceerd door de botsing van twee neutronensterren op 130 miljoen lichtjaar afstand, en met telescopen op aarde en in de ruimte is ook elektromagnetische straling van die botsing waargenomen. Cruciaal daarbij was dat de zwaartekrachtgolven en de elektromagnetische straling op hetzelfde moment op aarde aankwamen. Daaruit blijkt dat zwaartekrachtgolven zich exact met de lichtsnelheid door het heelal voortplanten. Volgens de onderzoekers betekent dat dat enkele alternatieve theorieën over de zwaartekracht (die dus afwijken van Einsteins algemene relativiteitstheorie) niet langer houdbaar zijn. Dat geldt bijvoorbeeld voor diverse MOND-achtige theorieën (Modified Newtonian Dynamics) - alleen na speciale aanpassingen kunnen die de waarnemingen nog verklaren. Ook verschillende ideeën over de ware aard van de mysterieuze donkere energie in het heelal (de oorzaak van de versnellende uitdijing van de kosmos) zijn niet langer levensvatbaar. Alleen theorieën waarin de donkere energie constant is in ruimte en tijd zijn goed (zoals de 'kosmologische constante' die ooit door Einstein werd geïntroduceerd) in overeenstemming met de nieuwste meetgegevens. (GS)
→ Star Mergers: A New Test of Gravity, Dark Energy Theories

25 oktober 2017
In Physical Review Letters worden binnenkort de eerste meetresultaten gepresesnteerd van twee nieuwe donkere materie-detectoren: XENON1T in het Italiaanse Gran Sasso National Laboratory en PandaX-II in China. Beide detectoren proberen de zeldzame interacties te registreren van donkere materie-deeltjes met xenon-atomen. Het zijn de gevoeligste instrumenten tot nu toe: XENON1T werkt met 1000 kilogram xenon; PandaX-II met 584 kilogram. Geen van beide heeft tot nu toe echter resultaat geboekt, zo blijkt uit de twee publicaties. Het bestaan van donkere materie wordt afgeleid uit verschillende astronomische waarnemingen, onder andere rotatiesnelheden van sterrenstelsels, zwaartekrachtlenswerking, en de kosmische achtergrondstraling. De ware aard ervan is echter nog steeds mysterieus; als het om zogeheten WIMPs zou gaan (weakly interacting massive particles), zouden ze door detectoren als XENON1T en PandaX-II gevonden kunnen worden. (GS)
→ Publicatie over XENON1T-resultaten

3 oktober 2017
De mysterieuze donkere energie in het heelal varieert mogelijk in de loop van de tijd. Die conclusie trekken kosmologen van de University of Portsmouth in een artikel in Nature Astronomy, op basis van nieuwe statistische waarnemingen aan verre sterrenstelsels. In 1998 werd ontdekt dat de uitdijingssnelheid van het heelal sinds een paar miljard jaar aan het versnellen is, kennelijk onder invloed van een raadselachtige 'donkere energie' in de lege ruimte. Volgens sommige kosmologen is die donkere energie een constante 'afstotende' vacuümenergie, vergelijkbaar met de zogeheten 'kosmologische constante' die Albert Einstein begin vorige eeuw in zijn vergelijkingen introduceerde. Metingen aan de statistische eigenschappen van de verdeling van sterrenstelsels in het verre heelal lijken er nu echter op te wijzen dat donkere energie geen constante is, maar langzaam varieert in de loop van de tijd. In dat geval zou er dus geen sprake zijn van een vacuümenergie, maar van een (nog steeds mysterieus) dynamisch veld. Toekomstige waarnemingen, onder andere van DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) zullen hopelijk definitief uitsluitsel geven over het gedrag van donkere energie, en daarmee hopelijk ook over de ware aard ervan. (GS)
→ Astronomers Reveal Evidence of Dynamical Dark Energy

1 september 2017
Volgens een nieuwe theorie van Californische onderzoekers zijn zware elementen zoals goud, platina en uranium mogelijk gevormd door 'oer-zwarte gaten' - zwarte gaten die al binnen een seconde na de oerknal in grote aantallen ontstaan zouden kunnen zijn. In twee artikelen in Physical Review Letters zetten de theoretici uiteen hoe zulke 'oer-zwarte gaten' niet alleen een mogelijke verklaring kunnen vormen voor de mysterieuze donkere materie in het universum, maar ook voor de oorsprong van een groot deel van de zware elementen in het heelal. Die zouden geproduceerd worden wanneer zo'n zwart gat in botsing komt met een compacte, snel roterende neutronenster, die vervolgens in ca. 10.000 jaar wordt 'opgegeten'. De theorie zou in elk geval verklaren waarom er in de centrale delen van ons Melkwegstelsel minder neutronensterren lijken voor te komen dan je zou verwachten. Of er in de prille jeugd van het heelal inderdaad grote aantallen zwarte gaten zijn ontstaan is onbekend; de astronomen denken dat ze mogelijk zijn op te sporen doordat het licht van verre sterren tijdelijk versterkt wordt wanneer zo'n zwart gat tussen de ster en de aarde door beweegt - een effect dat bekend staat als micro-zwaartekrachtlenswerking. (GS)
→ UCLA physicists propose new theories of black holes from the very early universe

2 augustus 2017
Sterrenkundigen hebben een nieuwe gedetailleerde kaart gepresenteerd van de verdeling van de donkere materie in het heelal. De kaart is gebaseerd op waarnemingen die zijn gedaan in het kader van de Dark Energy Survey (DES). Deze ‘hemelverkenning’ loopt al vier jaar, maar voor het samenstellen van de nu gepresenteerde kaart zijn alleen gegevens van het eerste onderzoeksjaar gebruikt. De Dark Energy Survey heeft tot doel om meer te weten te komen over de mysterieuze donkere energie, die verantwoordelijk wordt gehouden voor de huidige versnellende uitdijing van het heelal. Daartoe moet echter eerst een goed beeld worden verkregen van de precieze verdeling van de kosmische materie. Deze laatste bestaat voor het grootste deel uit (al even mysterieuze) donkere materie, die geen waarneembare straling uitzendt en alleen meetbaar is door de zwaartekrachtsinvloed die zij uitoefent. Om de verdeling van de donkere materie in kaart te brengen worden met een speciale camera van 4-meter Blanco-telescoop van de Cerro Tololo-sterrenwacht in Chili de posities en vormen van miljoenen verre sterrenstelsels vastgelegd. De beeldjes van die stelsels zijn een klein beetje vervormd door de zwaartekrachtswerking van de (donkere) materie die zich tussen ons en deze stelsels in bevindt. Door deze vervormingen te analyseren, kan de ruimtelijke verdeling van de donkere materie worden vastgesteld. De nieuwe kaart is ruim tien keer zo omvangrijk als de DES-kaart die in 2015 werd gepresenteerd. Voor het samenstellen ervan zijn de beelden van 26 miljoen verre sterrenstelsels geanalyseerd. De verdeling van de donkere materie zoals die nu is gemeten is in goede overeenstemming met de theorie dat het heelal voor 26 procent uit donkere materie bestaat en voor 70 procent uit donkere energie. Ook lijkt het resultaat sterk op de materieverdeling zoals die is ‘voorspeld’ op basis van de meetresultaten van de Europese satelliet Planck, die de verdeling van de kosmische achtergrondstraling in kaart heeft gebracht. (EE)
→ Dark Energy Survey reveals most accurate measurement of dark matter structure in the universe

24 juli 2017
Recente theorieën dat de mysterieuze donkere materie in het heelal uit extreem lichte deeltjes bestaat (zogeheten fuzzy dark matter) kunnen naar de prullenbak, aldus onderzoekers van de University of Washington in Seattle. Waarnemingen aan de verdeling van intergalactische materie (in de ruimte tussen de sterrenstelsels) zijn niet in overeenstemming met voorspellingen van deze theorie. Het grootste deel van de materie in het heelal is 'donker', en bestaat uit tot nu toe onbekende elementaire deeltjes. Lange tijd is aangenomen dat het daarbij om cold dark matter moet gaan - zware deeltjes die gemakkelijk op relatief kleine schaal samenklonteren tot donkere 'halo's'. Zulke deeltjes zijn echter nooit gevonden, en de cold dark matter-theorie komt ook niet goed overeen met astronomische waarnemingen: de theorie voorspelt bijvoorbeeld veel meer kleine dwergsterrenstelsels dan er in werkelijkheid zijn. Om die reden heeft de theorie van de fuzzy dark matter de laatste jaren aan populariteit gewonnen; de term 'fuzzy' verwijst naar het feit dat de ultralichte deeltjes in deze theorie niet gemakkelijk samenklonteren tot compacte structuren. Uit waarnemingen van tientallen quasars (verre sterrenstelsels met extreem heldere kernen) hebben astronomen nu informatie afgeleid over de verdeling van de intergalactische materie. Waterstofatomen in het intergalactisch medium (het zogeheten 'kosmisch web') absorberen bepaalde golflengten van het quasarlicht, en op die manier is de ruimtelijke verdeling van het intergalactische waterstof te achterhalen. De verdeling van donkere materie zal in grote lijnen gelijk zijn aan die van het intergalactische waterstof: in beide gevallen is de ruimtelijke structuur namelijk ontstaan onder invloed van de zwaartekracht. Door de quasarwaarnemingen te vergelijken met de voorspellingen van verschillende kosmologische modellen, voor verschillende typen donkere materie, blijkt volgens de astronomen dat de verdeling van intergalactische materie niet valt te verklaren met fuzzy dark matter. Daarmee is het probleem van de ware aard van de mysterieuze donkere materie er alleen maar weer groter op geworden. De nieuwe resultaten zijn gepubliceerd in Physical Review Letters. (GS)
→ Dark matter is likely ‘cold,’ not ‘fuzzy,’ scientists report after new simulations

25 april 2017
De ‘koude plek’ die te zien is in de kosmische achtergrondstraling wordt niet veroorzaakt door een ‘superleemte’ – een groot leeg gebied in het heelal. Tot die conclusie komt een internationaal onderzoeksteam onder Britse leiding (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 25 april). De kosmische achtergrondstraling is een overblijfsel van de oerknal dat de volledige hemel bestrijkt. Gemiddeld heeft deze straling een temperatuur van 2,73 graden boven het absolute nulpunt (–270 °C), maar er zijn ‘warmere’ en ‘koudere’ plekken. De grootste anomalie – de befaamde koude plek – is ongeveer 0,00015 graden kouder dan zijn omgeving. Eerder onderzoek leek erop te wijzen dat de lagere temperatuur van dit miljoenen lichtjaren grote gebied werd veroorzaakt door een tekort aan sterrenstelsels. Maar uit nieuw onderzoek blijkt dat het met dat tekort wel meevalt. Nauwkeurige afstandsbepalingen van 7000 sterrenstelsels in het gebied van de koude plek laten zien dat de verdeling van deze stelsels dezelfde ‘zeepsopstructuur’ vertoont als de rest van het heelal: leemten die omgeven zijn door clusters van sterrenstelsels. De leemten die in de richting van de koude plek zijn aangetroffen zijn echter lang niet omvangrijk genoeg om de lagere temperatuur van de kosmische achtergrondstraling te kunnen verklaren. Waardoor de koude plek dan wél wordt veroorzaakt, blijft onduidelijk. Het bestaan ervan zou simpelweg op toeval kunnen berusten: computersimulaties van het standaardmodel van het heelal laten geven aan dat er een kans van 1 op 50 is dat zo’n koeler gebied bij toeval ontstaat. Er zijn echter ook (veel) exotischere verklaringen mogelijk. Een daarvan is dat de koude plek is veroorzaakt door een botsing tussen ons heelal en een ander heelal. (EE)
→ New survey hints at exotic origin for the Cold Spot

30 maart 2017
De geheimzinnige donkere energie, waaruit het heelal voor 68% uit zou bestaan, bestaat wellicht helemaal niet. Volgens een team van Hongaarse en Amerikaanse wetenschappers is het een schijneffect dat het gevolg is van het feit dat de bestaande kosmologische modellen geen rekening houden met de veranderende structuur van het heelal (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 30 maart). Volgens de meest gangbare inzichten is ons heelal 13,8 miljard jaar geleden met de oerknal ontstaan en dijt het sindsdien uit. Een belangrijke aanwijzing voor deze uitdijing is de wet van Hubble, gebaseerd op metingen van de snelheden waarmee sterrenstelsels zich van ons verwijderen, die zegt dat de snelheid waarmee een sterrenstelsel zich van ons verwijdert gemiddeld evenredig is met zijn afstand. Eind vorige eeuw werden bij waarnemingen van supernova-explosies in verre sterrenstelsels echter duidelijke afwijkingen van die gelijkmatige uitdijing geconstateerd. Daaruit werd afgeleid dat de uitdijing van het heelal aan het versnellen is – een verschijnsel dat werd toegeschreven aan een nog onbekende energiecomponent van het heelal: de donkere energie. Bij hun nieuwe onderzoek trekken de wetenschappers het bestaan van die donkere energie echter in twijfel. Volgens hen zijn de modellen die doorgaans bij het onderzoek van de evolutie van het heelal worden gebruikt, gebaseerd op benaderingen die geen rekening houden met de ongelijkmatige verdeling van de kosmische materie. De materieverdeling in het heelal vertoont een zeepsopstructuur, waarbij sterrenstelsels langs de dunne wanden van de zeepbellen zijn gegroepeerd en het inwendige van deze bellen zo goed als leeg is. De onderzoekers hebben een computermodel ontwikkeld dat rekening houdt met de gravitationele gevolgen van deze verdeling. Anders dan conventionele simulaties, waarin het heelal gelijkmatig expandeert, voorspelt het nieuwe model dat de verschillende gebieden in het heelal met verschillende snelheden uitdijen. De gemiddelde uitdijingssnelheid is echter in overeenstemming met de huidige waarnemingen, die de suggestie wekken van een allesomvattende versnelling. (EE)
→ Explaining the accelerating expansion of the universe without dark energy

26 januari 2017
Astronomen hebben een nieuwe meting gedaan van de Hubble-constante – de grootheid die aangeeft hoe snel het heelal uitdijt. Net als bij een eerdere nauwkeurige bepaling van deze constante wijkt de uitkomst een beetje af van het resultaat dat in 2015 met de Europese ruimtesonde Planck is verkregen (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 26 januari). De nieuwe meting is het resultaat van waarnemingen met de ruimtetelescopen Hubble en Spitzer en een hele reeks telescopen op aarde, waaronder de Europese Very Large Telescope. Met deze instrumenten is gekeken naar een vijftal zogeheten zwaartekrachtlenzen – sterrenstelsels die, vanaf de aarde gezien, vrijwel precies vóór nog verder weg gelegen objecten staan. Het licht van die verre objecten – de zeer heldere kernen van actieve sterrenstelsels oftewel quasars – wordt door de zwaartekracht van de ‘lensstelsels’ op zo’n manier afgebogen, dat er meerdere (vervormde) afbeeldingen van te zien zijn. Omdat de helderheid van een quasar in de loop van de jaren varieert, zien astronomen die afbeeldingen langzaam ‘knipperen’. Maar de verschillende quasarbeelden knipperen niet in de maat: bij het ene is een helderheidsfluctuatie eerder te zien dan bij het andere. Dat laatste wijst erop dat de wegen waarlangs het licht van de verschillende quasarbeelden de aard heeft bereikt niet even lang zijn. En omdat de afstand die het licht van een quasar aflegt mede wordt bepaald door de uitdijing van het heelal, kunnen deze verschillen in weglengte worden gebruikt om de Hubble-constante te bepalen. De nieuwe meting van de Hubble-constante komt uit op 71,9 ± 2,7 kilometer per seconde per megaparsec. Daarmee is de uitkomst in goede overeenstemming met de vorig jaar gepubliceerde waarde (73,24 ± 1,74) die was gebaseerd op nauwkeurige Hubble-metingen van de afstanden van sterrenstelsels. Beide waarden zijn echter duidelijk hoger dan het meetresultaat van de Planck-satelliet (66,93 ± 0,62). Deze laatste bepaling is gebaseerd op waarnemingen van de kosmische achtergrondstraling – de ‘nagloeiing’ van de oerknal. De discrepantie tussen de Hubble-resultaten en het Planck-resultaat kan verschillende oorzaken hebben. Het zou een statistische fluctuatie kunnen zijn, die kleiner wordt naarmate de verschillende meetmethoden nauwkeuriger worden. Maar misschien zit de uitdijing van het heelal wel ingewikkelder in elkaar dan tot nu toe werd vermoed. Zo zou de donkere energie – de nog onverklaarde kracht die het heelal steeds sneller doet uitdijen – in min of meer recente tijden sterker kunnen zijn geworden. Een andere mogelijkheid is dat de veronderstelling dat de geometrie van het heelal ’vlak’ is – zoals bij de bepaling van het Planck-resultaat wordt aangenomen – toch niet juist is. (EE)
→ Cosmic lenses support finding on faster than expected expansion of the universe

16 november 2016
Australische en Britse astronomen hebben vastgesteld dat de ‘fijnstructuurconstante’ – een getal dat aangeeft hoe sterk de kracht is die elektrische ladingen op elkaar uitoefenen – de laatste acht miljard jaar onveranderd is gebleven. Dat blijkt uit onderzoek van het licht van een zogeheten quasar – de heldere kern van een extreem ver sterrenstelsel – dat onderweg naar de aarde deels is geabsorbeerd door het gas in een sterrenstelsel dat ‘slechts’ acht miljard lichtjaar van ons verwijderd is. Uit het patroon van absorptielijnen dat op deze manier in het quasarspectrum is ontstaan kan worden afgeleid welke waarde de fijnstructuurconstante acht miljard jaar geleden had. En dat heeft een getal opgeleverd dat tot op 0,0001 procent gelijk is aan de fijnstructuurconstante zoals we die nu op aarde meten. De afgelopen jaren zijn vaker metingen gedaan van de waarde van de fijnstructuurconstante in verre sterrenstelsels. In de meeste gevallen waren de uitkomsten daarvan in overeenstemming met de aardse waarde. De constante lijkt ook ongevoelig te zijn voor sterke zwaartekrachtsvelden. (EE)
→ Cosmic ‘barcode’ from distant galaxy confirms Nature’s constancy

8 november 2016
Een nieuwe theorie van de zwaartekracht biedt mogelijk een alternatief voor donkere materie. Dat blijkt uit vandaag gepubliceerd onderzoek van hoogleraar Erik Verlinde van de Universiteit van Amsterdam, vermaard theoretisch natuurkundige en expert op het gebied van de snaartheorie. In 2010 verraste Erik Verlinde de wereld met een compleet nieuwe kijk op de zwaartekracht. In zijn beschrijving is de zwaartekracht geen fundamentele kracht, maar een verschijnsel dat tevoorschijn komt uit een onderliggende theorie. Vergelijk het met het begrip temperatuur, dat geen op zichzelf staand verschijnsel is, maar voortkomt uit de bewegingen van grote hoeveelheden microscopische deeltjes, zoals atomen of moleculen. De bouwstenen waar Verlindes theorie uit is opgebouwd zijn fundamentele brokjes informatie, opgeslagen in de structuur van ruimtetijd. Die informatiebrokjes zou je kunnen vergelijken met bits, de informatie-eenheden van een computer. En zoals temperatuur voortkomt uit de bewegingen van microscopische deeltjes, zo komt de zwaartekracht tevoorschijn uit de onderliggende veranderingen van de fundamentele informatie-bits. De veranderingen van de microscopische informatiebrokjes nemen wij waar als de kracht die appels uit bomen doet vallen en satellieten in hun baan om de aarde houdt. Verlinde had in 2010 al laten zien dat de beroemde tweede wet van Newton (F=m ⨯ a: kracht is massa maal versnelling) afgeleid kan worden uit deze principes. Voortbouwend op zijn theorie geeft hij nu een mogelijk alternatief voor donkere materie. Volgens de gangbare opvattingen dient deze donkere materie als ‘superlijm’ om sterrenstelsels en ook clusters van sterrenstelsels bij elkaar te houden. De snelheden waarmee sterren in de buitengebieden van sterrenstelsels bewegen zijn namelijk veel hoger dan je op grond van de zichtbare massa in zo’n sterrenstelsel zou verwachten. Om voldoende aantrekkende zwaartekracht te genereren, is er maar liefst vijf keer meer donkere materie nodig dan er gewone, zichtbare materie is. Het is voor natuurkundigen en astronomen echter nog een raadsel waar die donkere materie uit bestaat. Volgens Verlinde is die extra donkere materie helemaal niet nodig. In zijn nieuwe publicatie, die vandaag online verschijnt, laat hij zien hoe de afwijkende bewegingen van sterren in ons eigen Melkwegstelsel en in andere melkwegstelsels naadloos uit zijn berekeningen volgen. Verlinde laat daarmee voor het eerst zien dat zijn theorie aansluit bij de waarnemingen van astronomen.
→ Volledig persbericht UvA

26 oktober 2016
Een miljoen jaar na de oerknal waren bijna alle atomen in het heelal geïoniseerd. Astronomen denken dat de straling van jonge sterrenstelsels daar verantwoordelijk voor was. Maar nieuw onderzoek wijst erop dat er veel minder energierijke ultraviolette straling uit die stelsels ontsnapte dan nodig was voor de kosmische ionisatie. Rechtstreekse metingen van de hoeveelheid ioniserende fotonen die de jonge stelsels uitzonden is niet eenvoudig. Door de uitdijing van het heelal zijn ze inmiddels heel ver van ons verwijderd, waardoor ze er heel klein en lichtzwak uitzien. Maar Moeder Natuur helpt een handje mee. Sommige verre stelsels staan vanaf de aarde gezien bijna precies achter een ander, nabijer stelsel. Het zwaartekrachtveld van dat stelsel buigt het licht van het achtergrondstelsel dan af zoals een lens dat zou doen. Door dit zwaartekrachtlenseffect krijgen we een vervormd, maar tegelijkertijd ook veel groter en helderder beeld van het verre stelsel te zien. Een van die ‘gelensde’ stelsels heeft, vanwege zijn vorm, de bijnaam ‘Kosmisch Hoefijzer’ gekregen. Onderzoekers van de universiteit van Californië in Riverside hebben met de Hubble-ruimtetelescoop een opname van dit stelsel gemaakt, om te meten hoeveel ioniserende fotonen er uit dat stelsel ontsnappen. Het verrassende resultaat is dat er helemaal geen ioniserende straling te bespeuren valt. Dat betekent dat minder dan acht procent van alle energierijke ultraviolette fotonen die de sterren in het stelsel produceren ook daadwerkelijk weet te ontsnappen. Als dit ook voor andere jonge sterrenstelsels geldt, is dat vijf keer te weinig om de ionisatie van alle atomen in het heelal te kunnen verklaren. (EE)
→ Cosmic Horseshoe Is Not a Lucky Beacon

12 oktober 2016
Er moet mogelijk een nieuwe verklaring worden gezocht voor de mysterieuze ‘koude plek’ die in 2004 werd ontdekt in de kosmische achtergrondstraling - het afgekoelde overblijfsel van de energierijke straling waarmee het heelal kort na de oerknal was gevuld. Tot die conclusie komt een team van astronomen van de universiteit van Portsmouth, dat een nieuwe grote kaart heeft gemaakt van de verdeling van de superclusters en de daartussen gelegen ‘holtes’ in het heelal. De astronomen hebben de kaart gebruikt om nauwkeurig te berekenen welk effect de grootschalige structuren hebben op de fotonen van de kosmische achtergrondstraling die door hen heen gaan. Fotonen die een superholte binnendringen, raken een beetje energie kwijt. Normaal gesproken zouden ze die weer terugkrijgen bij het verlaten van de holte, maar in de tussentijd is het heelal uitgedijd, waardoor de fotonen het netto toch met minder energie moeten doen. Dit wordt het ISW-effect genoemd – het Integrated Sachs-Wolfe effect. Toen astronomen van de universiteit van Hawaï in 2008 op basis van een eerdere kaart van holtes en superclusters dezelfde rekensom maakten, leek het effect vijf keer groter dan verwacht. De uitkomsten van het nieuwe onderzoek, waarbij een veel groter deel van het heelal in kaart is gebracht, reduceert het verschil echter weer tot nul. Dat is goed nieuws voor de algemene relativiteitstheorie van Einstein, die een cruciale rol speelt bij de berekeningen. Maar het brengt het raadsel van de grote koude plek in de kosmische achtergrondstraling – waarvan het bestaan aan het ‘versterkte’ ISW-effect werd toegeschreven – weer tot leven. De ‘superholte’ die verantwoordelijk wordt geacht voor de koude plek is namelijk lang niet groot genoeg om voldoende energie aan de fotonen van de kosmische achtergrondstraling te kunnen onttrekken. Daarmee zijn astronomen wat dat aangaat dus weer terug bij af. (EE)
→ Cosmological mystery solved by map of voids and superclusters

22 september 2016
Volgens Britse wetenschappers gaat de uitdijing van het heelal alle kanten op even snel. Anders gezegd: de kosmische uitdijing vertoont geen voorkeursrichting. Ook lijkt het heelal niet te roteren. Een en ander volgt uit onderzoek van de kosmische achtergrondstraling – de alomaanwezige straling die een overblijfsel is van de oerknal (Physical Review Letters, 22 september). Theoretisch is het niet ondenkbaar dat ons heelal de ene kant op sneller uitdijt dan de andere en/of roteert. Volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein kunnen zulke ‘anisotrope’ heelallen namelijk best bestaan. Om te kunnen bepalen of ons heelal isotroop dan wel anisotroop is, hebben de wetenschappers met behulp van computermodellen uitgerekend welke eigenschappen de kosmische achtergrondstraling zou hebben als het heelal een voorkeursrichting zou hebben of een rotatie zou vertonen. De uitkomsten van deze berekeningen zijn vergeleken met de meetgegevens van de Europese Planck-satelliet. Als ons heelal werkelijk anisotroop was, zouden er bijvoorbeeld ‘hete’ en ‘koude’ plekken te zien moeten zijn in de kosmische achtergrondstraling. Zelfs spiraalpatronen zouden mogelijk zijn. Helemáál uitsluiten kunnen de wetenschappers die mogelijkheid niet, maar de kans dat het heelal een voorkeursrichting heeft is wel heel gering: slechts 1 op 121.000. Dat is goed nieuws voor de meeste kosmologische modellen van dit moment: die gaan er namelijk van uit dat ons heelal volmaakt isotroop is. (EE)
→ Cosmology safe as universe has no sense of direction

31 augustus 2016
Uit onderzoek met de Europese Planck-satelliet blijkt dat de vorming van de eerste sterren in het heelal later is begonnen dan tot nu toe werd gedacht. Dat blijkt uit metingen van de zogeheten kosmische achtergrondstraling – de op radiogolflengten waarneembare warmtestraling die ongeveer 380.000 jaar na de oerknal is uitgezonden. Tot die tijd was de materie in het heelal geïoniseerd: ze bestond uit afzonderlijke (positief geladen) atoomkernen en (negatief geladen) elektronen. Maar toen het heelal voldoende was afgekoeld, voegden deze deeltjes zich samen tot neutrale atomen. Vanaf dat moment bestond de materie uit neutraal gas, waaruit zich nog geen sterren hadden gevormd: het ‘donkere tijdperk’ brak aan. Mettertijd raakte het kosmische gas echter opnieuw geïoniseerd. Deze reïonisatie vond plaats onder invloed van energierijke ultraviolette straling, die vermoedelijk afkomstig was van de eerste sterren in het heelal. Waarnemingen van verre sterrenstelsels wijzen erop dat dit reïonisatieproces ongeveer 900 miljoen jaar na de oerknal werd voltooid. Over het moment waarop de reïonisatie is begonnen, bestaat echter nog veel discussie. De eerste schatting in 2003, gebaseerd op gegevens van de Amerikaanse WMAP-satelliet, wees erop dat de reïonisatie al een paar honderd miljoen jaar na de oerknal op gang kwam. Dat was een problematisch resultaat, omdat er geen bewijs is dat er toen al sterren bestonden. Een analyse van de gegevens van het Low-Frequency Instrument (LFI) van de Planck-satelliet, die vorig jaar werd gepubliceerd, gaf aan dat het reïonisatieproces pas ruwweg halverwege was toen het heelal al ongeveer 550 miljoen jaar oud was. En dankzij een nieuwe analyse van de gegevens van de andere Planck-detector, het High-Frequency Instrument (HFI), is dat moment nog wat verder opgeschoven. De HFI-gegevens geven aan dat de reïonisatie pas vrij laat op gang kwam, zich heel snel heeft voltrokken en pas ongeveer 700 miljoen jaar na de oerknal halverwege was. Daaruit leiden astronomen af dat de eerste sterren vrij laat op het toneel zijn verschenen. Dat zou betekenen dat zelfs bestaande instrumenten, zoals de Hubble-ruimtetelescoop, in staat kunnen zijn om licht van de eerste sterrenstelsels vast te leggen – misschien is dat zelfs al gebeurd. Hoe dan ook: met de grote (ruimte)telescopen van het volgende decennium zou het zeker moeten lukken. (EE)
→ First Stars Formed Even Later Than Previously Thought

8 augustus 2016
Opnieuw lijkt een kandidaat voor de verklaring van de donkere materie in het heelal te zijn afgevallen. De Antarctische neutrinodetector IceCube heeft geen aanwijzingen kunnen vinden voor het bestaan van zogeheten steriele neutrino’s (Physical Review Letters, 8 augustus). Vorige maand maakten wetenschappers al bekend dat de zoekactie naar de eveneens hypothetische WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) niets heeft opgeleverd – tot nu toe dan. Neutrino’s zijn spookachtige deeltjes die vrijwel geen massa hebben en maar zelden interacties met materie aangaan. In de tijd dat je deze regel leest, zijn er volkomen ongemerkt biljoenen neutrino’s door je heengegaan. Tot nu toe zijn er drie soorten neutrino’s bekend: muon-, elektron- en tau-neutrino’s. Op grond van enkele experimentele resultaten werd echter rekening gehouden met een vierde soort. Dit ‘steriele’ neutrino zou zelfs helemaal geen interacties met materie aangaan, behalve dan zwaartekrachtsinteracties. De enige manier waarop je zo’n neutrino zou kunnen detecteren is wanneer je het op heterdaad betrapt wanneer het spontaan in één van de overige soorten verandert. Twee analyses van gegevens van IceCube-meetresultaten, die onafhankelijk van elkaar zijn uitgevoerd, lijken echter korte metten te maken met het vierde neutrino. Er is geen enkele aanwijzing gevonden voor het bestaan van ‘ondetecteerbare’ neutrino’s die spontaan tot detecteerbare soortgenoten transformeren. Volgens de wetenschappers die de analyses hebben uitgevoerd staat daarmee voor 99 procent vast dat steriele neutrino’s niet bestaan. IceCube bestaat uit ruim 5000 gevoelige lichtsensoren die op een diepte van meer dan anderhalve kilometer in het kristalheldere ijs van Antarctica zijn geplaatst. Deze sensoren registreren het lichtflitsje dat optreedt wanneer een neutrino in botsing komt met een atoomkern in het ijs – iets wat maar heel zelden gebeurt. Dat steriele neutrino’s (waarschijnlijk) niet bestaan, is niet alleen een tegenvaller voor kosmologen, die nog steeds op zoek zijn naar een verklaring voor het bestaan van zogeheten donkere materie, waaruit 85 procent van alle materie in het heelal lijkt te bestaan. Ook deeltjesfysici zitten ermee in hun maag: het bestaan van steriele neutrino’s zou kunnen verklaren waarom de neutrino’s überhaupt massa hebben – iets wat in strijd is met het standaardmodel van de deeltjesfysica. (EE)
→ IceCube search for the 'sterile neutrino' draws a blank

21 juli 2016
Het LUX-experiment – LUX staat voor Large Underground Xenon – heeft zijn ondergrondse zoektocht naar donkere materie afgerond. Vandaag maakt het internationale team van wetenschappers in Sheffield (Engeland) de resultaten bekend van de laatste metingen, die tussen oktober 2014 en mei 2016 zijn gedaan. Het resultaat: er is geen enkel deeltje donkere materie opgespoord. LUX was gericht op het detecteren van zogeheten WIMPs – hypothetische deeltjes die verantwoordelijk zouden zijn voor de donkere materie in het heelal. Deze laatste neemt, zoals het er nu naar uitziet, bijna 85 procent van alle massa in het heelal voor zijn rekening. Als die WIMPs inderdaad zouden bestaan, zouden ze vrijwel zeker detecteerbaar zijn geweest met LUX. De LUX-detector bestaat uit een tank, gevuld met vloeibare xenon, die in een anderhalf kilometer diepe mijn in South Dakota (VS) is ondergebracht. Afgeschermd door een omringende watertank en het aardse gesteente zou deze detector alleen bereikbaar moeten zijn voor eventuele WIMPs. Bij interacties tussen deze deeltjes en xenonatomen zouden ultraviolette lichtflitsjes en elektronen moeten ontstaan. ‘Zouden’, want er zijn geen interacties geregistreerd die met zekerheid aan WIMPs kunnen worden toegeschreven. Toch is ook dat een resultaat: het kan worden gebruikt om richting te geven aan toekomstige detectie-experimenten. Eén daarvan is LUX-ZEPLIN – de veel grotere opvolger van LUX, die 70 keer zo gevoelig zal zijn. LUX-ZEPLIN is naar verwachting in 2020 gereed. Maar ondertussen wordt er ook elders druk naar sporen van donkere materie gezocht – bijvoorbeeld met de Large Hadron Collider, de deeltjesversneller van de Europese Raad voor Kernonderzoek (CERN) in Genève. Er is dus sprake van een echte wedloop. (EE)
→ World's most sensitive dark matter detector completes search

7 juli 2016
Astronomen hebben een slimme manier bedacht om computermodellen te maken van het heelal. De nieuwe aanpak, die vandaag wordt gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, is 25 keer sneller dan de huidige methoden en is desondanks net zo nauwkeurig. Computermodellen spelen een belangrijke rol bij het onderzoeken van de invloed van donkere materie en donkere energie op de evolutie van het heelal. Maar elke computersimulatie laat weer een iets andere uitkomst zien. Daarom wordt doorgaans het gemiddelde genomen van honderden simulaties. Onderzoekers van University College London en het Aragon Centre for Cosmological Studies (CEFCA) in Spanje hebben nu aangetoond dat je dezelfde nauwkeurigheid kunt bereiken met slechts twee zorgvuldig geconstrueerde ‘virtuele heelallen’, waarbij het ene heelal als het ware het ‘omgekeerde’ van het andere is. Waar in het ene model grote verzamelingen van sterrenstelsels zitten, zitten in het andere model grote lege gebieden – en vice versa. Deze omkeringstechniek maakt gebruik van de symmetrie in het vroege heelal, tussen gebieden die sterrenstelsels zullen vormen en gebieden die leeg blijven. Deze symmetrie is ook werkelijk waargenomen, onder meer met de Europese satelliet Planck. Vergeleken met de gangbare methode wijken de uitkomsten van de nieuwe aanpak minder dan een procent af. De snelheid van de modelberekeningen heeft dus nauwelijks gevolgen voor de nauwkeurigheid. En dat betekent dat in dezelfde tijd veel meer mogelijkheden kunnen worden doorgerekend. (EE)
→ Accelerating research into dark energy

24 juni 2016
Wetenschappers aan weerszijden van de Atlantische Oceaan hebben aangetoond dat het mogelijk is om een nauwkeurig heelalmodel te maken waarop de volledige algemene relativiteitstheorie is toegepast. Vanwege de complexiteit van de vergelijkingen van die algemene relativiteitstheorie werd bij het opstellen van zulke modellen tot nu toe gebruik gemaakt van allerlei vereenvoudigingen (Physical Review Letters en The Physical Review Part D, 24 juni). Om een gedetailleerder beeld te verkrijgen van het heelal, en de structuurvorming daarin, hebben een Amerikaans en een Europese team nu software geschreven die tot nieuwe inzichten over de zwaartekracht en de gevolgen ervan moeten leiden. Daarbij zochten ze naar het antwoord op de vraag of kleinschalige structuren in het heelal uitwerking kunnen hebben over grote afstanden. Dat blijkt inderdaad het geval te zijn, maar dat is – anders dan sommige wetenschappers hebben voorspeld – niet van invloed op de uitdijing van het heelal als geheel. De software is bedoeld om de zogeheten Einstein-vergelijkingen op te lossen. Deze ‘formules’ beschrijven de complexe relaties tussen de ‘inhoud’ van het heelal en de kromming van ruimte en tijd. Door de uitkomst van de numerieke simulaties te vergelijken met die van de traditionele, vereenvoudigde modellen, hebben de wetenschappers kunnen vaststellen dat benaderingen niet altijd goed uitpakken. Met de nieuwe software is onder meer ontdekt dat de inhomogene verdeling van materie in het heelal lokale verschillen in de uitdijingssnelheid van het heelal veroorzaakt, die afwijken van het gangbare benaderde model. Volgens de wetenschappers is hiermee het tijdperk van de ‘precisie-kosmologie’ aangebroken. Naar verwachting zullen de nieuwe computermodellen meer waargenomen verschijnselen kunnen verklaren. Met name de vorming van groteschaalstructuren in het heelal, en hun invloed op onder meer de kosmische achtergrondstraling, vraagt om een aanpak waarbij de effecten van de algemene relativiteitstheorie volledig worden doorgerekend. (EE)
→ Scientists Ditch Approximations, Begin Modeling Universe With Einstein’s Full General Theory Of Relativity

6 juni 2016
Het Grand Canyon National Park in de Amerikaanse staat Arizona heeft van de International Dark-sky Association (IDA) een voorlopige toekenning gekregen als officieel Dark Sky Park. Het park krijg drie jaar de tijd om bestaande nachtverlichting nog verder aan te passen, zodat er 's nachts vrijel geen sprake is van lichtvervuiling. Eerder heeft de IDA al elf andere Dark Sky Parks aangewezen in de Verenigde Staten; acht daarvan bevinden zich (net als Grand Canyon National Park) op het uitgestrekte, hoog gelegen Colorado Plateau in het zuidwesten van de Verenigde Staten. Als in 2019 aan alle gestelde voorwaarden is voldaan, verkrijgt het park zijn officiële Dark Sky Park-status in 2019, het jaar waarin het 100-jarig bestaan wordt gevierd. Momenteel worden er in het park al sterrenkijkavonden en astronomische nachtwandelingen georganiseerd. (GS)
→ Grand Canyon Designated a Dark Sky Park

2 juni 2016
Het heelal dijt momenteel 5 tot 9 procent sneller uit dan gedacht. Die opmerkelijke conclusie trekken sterrenkundigen op basis van nauwkeurige afstandsbepalingen van 19 sterrenstelsels. Met het huidige uitdijingstempo zijn alle afstanden in het heelal over 9,8 miljard jaar verdubbeld. Door de uitdijing van het heelal worden de lichtgolven van sterrenstelsels tijdens de lange reis naar de aarde enigszins uitgerekt. Het licht komt daardoor met een iets rodere kleur op aarde aan dan waarmee het werd uitgezonden. Die zogeheten roodverschuiving kan nauwkeurig gemeten worden. Maar om daaruit de kosmische uitdijingssnelheid af te leiden, moeten ook de afstanden tot de betreffende sterrenstelsels precies bekend zijn. Een team onder leiding van Adam Riess van het Space Telescope Science Institute heeft nu nauwkeurige metingen verricht aan 2400 veranderlijke sterren in 19 afzonderlijke sterrenstelsels. Van die sterren (zogeheten Cepheïden) is de werkelijke lichtkracht bekend. Door die te vergelijken met de waargenomen helderheid aan de hemel kan de afstand berekend worden. Vervolgens kan ook een nauwkeuriger waarde worden bepaald voor de uitdijingssnelheid van het heelal. Het resultaat is dat de afstand tussen twee punten in het heelal op een afstand van één miljoen megaparsec (3,26 miljoen lichtjaar) als gevolg van de uitdijing van het heelal toeneemt met 73 kilometer per seconde. (Punten op grotere onderlinge afstanden worden met een hogere snelheid uit elkaar 'geduwd' door de uitdijing van de ruimte.) Eerdere bepalingen kwamen op significant lagere waarden uit. Riess gaf ca. twintig jaar geleden leiding aan een van de teams die ontdekten dat de uitdijingssnelheid van het heelal sinds een paar miljard jaar aan het versnellen is. Die versnellende uitdijing wordt - naar men aanneemt - veroorzaakt door een mysterieuze 'donkere energie' in de lege ruimte. Dat het huidige uitdijingstempo toch nog 5 tot 9 procent hoger is dan gedacht, kan betekenen dat het effect van die donkere energie sterker is dan tot nu toe werd aangenomen. Probleem is wel dat de nieuwe waarde voor de uitdijingssnelheid (de zogeheten Hubble-parameter, die nu dus 73 kilometer per seconde per megaparsec blijkt te zijn) niet goed in overeenstemming is met extrapolaties van metingen aan de kosmische achtergrondstraling. Die achtergrondstraling biedt informatie over de ontstaansperiode van het heelal. Volgens Riess en zijn collega's, die hun resultaten publiceren in The Astrophysical Journal, is het dan ook denkbaar dat het huidige standaardmodel van de kosmologie toch niet helemaal klopt. Dat zou dus te maken kunnen hebben met de eigenschappen van de donkere energie, maar het is ook mogelijk dat de huidige ideeën over de eigenschappen van de al even raadselachtige donkere materie in het heelal onvolledig zijn. De astronomen speculeren zelfs over het bestaan van een derde mysterieuze component, 'donkere straling' genoemd: een (mogelijk tot nu toe onbekend) elementair deeltje dat vrijwel met de lichtsnelheid beweegt en dat in de jeugd van het heelal van invloed geweest kan zijn op de evolutie. (GS)
→ Hubble Finds Universe Is Expanding Faster Than Expected

24 mei 2016
Volgens astrofysicus Alexander Kashlinsky van NASA's Goddard Space Flight Center bestaat de donkere materie in het heelal uit zwarte gaten die tijdens de oerknal al zijn ontstaan. Volgens sommige theorieën konden er tijdens de geboorte van het heelal kleine 'oer-zwartegaten' gevormd worden, die vervolgens een belangrijke rol speelden bij de evolutie van de groteschaalstructuur van de kosmos en de geboorte van sterrenstelsels. In een artikel in Astrophysical Journal Letters oppert Kashlinksy nu dat zulke oergaten relatief zwaar geweest kunnen zijn: enkele tientallen malen zo zwaar als de zon. Een groot aantal van dergelijke objecten in de jeugd van het heelal zou een verklaring kunnen vormen voor de onregelmatige helderheidsverdeling van de kosmische infrarood-achtergrondstraling en de kosmische röntgenachtergrondstraling. Beide vormen van achtergrondstraling vertonen een vergelijkbare (en ogenschijnlijk onderling samenhangende) helderheidsverdeling, die met andere objecten zoals sterren slecht verklaarbaar is. De botsing van twee zwarte gaten met massa's van 29 en 36 zonsmassa's, waarvan het Amerikaanse LIGO-observatorium vorig jaar zwaartekrachtgolven detecteerde, zou dan de versmelting van twee van zulke oergaten geweest kunnen zijn; de twee zwarte gaten waren zwaarder dan je zou verwachten wanneer ze ontstaan zouden zijn bij supernova-explosies. (GS)
→ NASA Scientist Suggests Possible Link Between Primordial Black Holes and Dark Matter

28 april 2016
De donkere energie – de mysterieuze energie die de uitdijing van het heelal doet versnellen – is de afgelopen miljarden jaren niet wezenlijk veranderd. Tot die conclusie komen astronomen op basis van waarnemingen met de Amerikaanse röntgensatelliet Chandra, de Europese satelliet Planck en een hele batterij optische telescopen. Voor hun onderzoek hebben de astronomen een nieuwe techniek ontwikkeld, die gebruik maakt van het gegeven dat de vormen van clusters – verzamelingen sterrenstelsels die door de zwaartekracht bijeen worden gehouden – sterke overeenkomsten vertonen. Zwaardere clusters zijn – simpel geformuleerd – opgeschaalde versie van lichtere clusters. Met die kennis kunnen clusters als afstandsindicatoren worden gebruikt. Alles bij elkaar zijn 320 clusters onderzocht op afstanden van 760 miljoen tot 8,7 miljard lichtjaar. Deze selectie bestrijkt de periode waarin de oorspronkelijk vertragende uitdijing van het heelal in een versnellende uitdijing veranderde – een verschijnsel dat pas rond de laatste eeuwwisseling is ontdekt. Daarnaast is gebruik gemaakt van waarnemingen van supernova-explosies en van de kosmische achtergrondstraling. De gangbare theorieën over de versnelde uitdijing van het heelal gaan ervan uit dat de donkere energie constant is. Als dat toch niet het geval zou zijn, zou je dat moeten kunnen zien aan de afmetingen van verre clusters: die zouden dan groter of kleiner zijn dan verwacht. Daarvan lijkt echter geen sprake te zijn: de afgelopen acht miljard jaar zijn de eigenschappen van de donkere energie niet veranderd. (EE)
→ “Russian Doll” Galaxy Clusters Reveal Information About Dark Energy

11 april 2016
De meest nauwkeurige meting die ooit is gedaan van de huidige uitdijingssnelheid van het heelal heeft een waarde opgeleverd die in strijd lijkt te zijn met andere bepalingen van deze grootheid. Dat zou erop kunnen wijzen dat de donkere energie – de raadselachtige kracht die verantwoordelijk lijkt te zijn voor de versnellende uitdijing van het heelal – sinds de oerknal in kracht is toegenomen. Volgens de gangbare kosmologische modellen is de evolutie van het heelal voornamelijk een tweegevecht tussen donkere materie en donkere energie. De zwaartekracht die door de donkere materie wordt uitgeoefend remt de uitdijing van het heelal af, terwijl de donkere energie deze juist probeert te versnellen. Eerdere waarnemingen leken erop te wijzen dat de donkere energie door de hele kosmische geschiedenis heen constant is geweest. Maar nieuwe waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop, waarvan de resultaten binnenkort in een wetenschappelijk tijdschrift worden gepubliceerd (preprint), lijken daarmee in strijd te zijn. Bij de waarnemingen zijn ‘standaardkaarsen’ – objecten met een voorspelbare intrinsieke helderheid – onderzocht in 18 verschillende sterrenstelsels. Dat heeft een nieuwe nauwkeurige waarde opgeleverd voor de zogeheten Hubble-constante – een maat voor de uitdijingssnelheid van het (lokale) heelal. Die waarde blijkt 8 procent hoger te zijn dan de meest nauwkeurige bepaling tot nu toe, die gebaseerd is op meetgegevens van de Europese Planck-satelliet. De discrepantie tussen de beide bepalingen van de Hubble-constante is verklaarbaar als de donkere energie niet constant is, maar in min of meer recente tijden sterker geworden is. Ook is het denkbaar dat de elementaire deeltjes waaruit de donkere materie zou bestaan bijzondere eigenschappen hebben die van invloed zijn op de uitdijing van het heelal. En dan is er nog de mogelijkheid dat de objecten die veelal als ‘standaardkaarsen’ worden gebruikt – veranderlijke sterren van het cepheïden-type en supernova’s van type Ia – niet zo betrouwbaar zijn als het gaat om het meten van grote kosmische afstanden. (EE)
→ Measurement of Universe's expansion rate creates cosmological puzzle

16 februari 2016
Door duizenden computersimulaties uit te voeren van de evolutie van de driedimensionale verdeling van sterrenstelsels zijn kosmologen erin geslaagd om de waarnemingen van die groteschaalstructuur van het heelal beter te duiden. Als onderdeel van de derde fase van de Sloan Digital Sky Survey zijn de afgelopen jaren van meer dan één miljoen sterrenstelsels de afstanden en daarmee de ruimtelijke posities in het heelal bepaald. Die groteschaalstructuur is het gevolg van allerlei eigenschappen van het heelal, zoals de verdeling van donkere materie, de uitdijingsgeschiedenis, enzovoort. Uit de waarnemingen kunnen deze kosmologische parameters dus worden afgeleid. Het probleem is alleen dat niet duidelijk is wat de bijbehorende 'foutmarges' zijn. Per slot van rekening kunnen we maar één heelal bestuderen. Om dat probleem op te lossen hebben wetenschappers nu met behulp van een Spaanse supercomputer duizenden simulaties uitgevoerd van de evolutie van het heelal, uitgaande van steeds iets verschillende kosmologische parameters. Door de simulaties te vergelijken met de waarnemingen konden ze vervolgens uitspraken doen over de betrouwbaarheid van de conclusies die op basis van de Sloan-metingen zijn getrokken. Ook kregen de onderzoekers een beter inzicht in de relatie tussen de verdeling van donkere en lichtgevende materie in het heelal. De resultaten zijn gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. (GS)
→ Reproducing the large-scale Universe

25 januari 2016
Theoretici van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, en de University of Texas at Dallas hebben een nieuwe methode voorgesteld om onderzoek te doen aan het geboorteproces van het heelal: wat ging er precies vooraf aan de compacte, hete oerknalfase waarin het gehele universum zich ca. 13,8 miljard jaar geleden bevond? Die oerfase kan bestudeerd worden door precisiemetingen te verrichten aan de zogeheten kosmische achtergrondstraling die werd uitgezonden toen het heelal ca. 400.000 jaar oud was, maar verder terugkijken in de tijd is vrijwel onmogelijk. Zo is bijvoorbeeld nog niet met zekerheid bekend of het heelal voorafgaand aan die oerknalfase een korte periode van exponentiële uitdijing onderging (de zogeheten inflatiehypothese), of dat er juist sprake was van een periode van kosmische contractie in een voorafgaand heelal. De twee theoretici, die hun nieuwe ideeën uiteenzetten in het vakblad Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, rekenen nu voor dat er in beide scenario's sprake geweest moet zijn van zware subatomaire deeltjes, die vanwege hun quantummechanische eigenschappen een soort natuurlijke oscillaties vertonen. De deeltjes fungeren daardoor als een soort klok, en de 'tikken' van die klok laten als het goed is ook extreem subtiele sporen na in de kosmische achtergrondstraling. Door die sporen te detecteren en te analyseren zou het volgens de theoretici mogelijk moeten zijn om onderscheid te maken tussen de verschillende denkbare scenario's voor de geboorte van het heelal. Momenteel zijn zulke gedetailleerde metingen nog niet mogelijk, maar in de toekomst zou daar verandering in moeten komen dankzij nieuwe experimenten als BICEP3 en de Keck Array - gevoelige submillimeterdetectoren op de geografische zuidpool van de aarde. (GS)
→ Theorists Propose a New Method to Probe the Beginning of the Universe

2 december 2015
Ongeveer de helft van de normale materie in het heelal was zoek. Maar een internationaal team van astronomen heeft de vermoedelijke schuilplaats ervan nu gevonden. Het gaat om heet gas dat deel uitmaakt van het zogeheten ‘kosmische web’ (Nature, 3 december). Gewone materie zoals wij die kennen, zou ongeveer vijf procent van het totaal aan materie en energie in het heelal moeten vertegenwoordigen. De rest komt voor rekening van donkere materie en donkere energie – twee ingrediënten die je gerust mysterieus mag noemen. Maar zelfs rond de normale materie bestond een mysterie: de helft ervan was namelijk zoek. Anders gezegd: wat we in onze naaste omgeving aan gaswolken, sterren en sterrenstelsels waarnemen is ontoereikend om aan die vijf procent te komen. Computersimulaties gaven aan dat de rest van de normale materie gezocht zou moeten worden in het ‘kosmische web’ – de draderige verdeling die de verdeling van de kosmische materie vertoont. De ontbrekende materie zou bestaan uit heet gas met temperaturen van 100.000 tot 10 miljoen graden. Waarnemingen met de Europese röntgensatelliet XMM-Newton, die gevoelig is voor de energierijke straling die door heet gas wordt uitgezonden, lijken dat vermoeden nu te bevestigen. De astronomen hebben XMM-Newton in december 2014 ruim dertig uur lang gericht op Abell 2744. Dat is een kolossale cluster van sterrenstelsels waarvan het centrum een complexe verdeling van donkere en lichtgevende materie vertoont. Het vermoeden bestond dat deze cluster gelegen is op een knooppunt van filamenten. De waarnemingen met XMM-Newton laten zien dat dit inderdaad zo is: Abell 2744 is omgeven door een vijftal van die ‘aanvoerlijnen’, waarlangs heet gas in de richting van het clustercentrum stroomt – precies zoals de computersimulaties al hadden ‘voorspeld’. Of daarmee het raadsel van de ontbrekende materie definitief is opgelost, zal nog moeten blijken. Eerst zal nog moeten worden aangetoond dat de situatie in Abell 2744 representatief is voor het hele heelal. Ook willen astronomen graag weten wat de atomaire samenstelling van het hete gas is. Dat laatste geeft een indicatie van de hoeveelheid zware elementen – de elementen die sinds het ontstaan van het heelal door sterren zijn geproduceerd – in het heelal. (EE)
→ What is the universe made of?

23 november 2015
Computersimulaties van Gary Prézeau van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, suggereren dat onze thuisplaneet dunne 'haren' van donkere materie zou kunnen hebben van miljoenen kilometers lang. Prézeau's resultaten zijn gepubliceerd in The Astrophysical Journal. Donkere materie is nog nooit direct waargenomen, hoewel astronomen en natuurkundigen nauwelijks meer twijfelen aan het bestaan ervan. Naar alle waarschijnlijkheid bestaat donkere materie uit tot nu toe onbekende elementaire deeltjes met een relatief grote massa. Eerdere computersimulaties van het ontstaan van sterrenstelsels wijzen uit dat die deeltjes bij voorkeur langgerekte slierten vormen. Prézeau's berekeningen laten nu zien dat de zwaartekracht van een ster of een planeet (dus ook van de aarde) zulke donkere-materieslierten kan 'focussen' in extreem dunne, langgerekte 'haren' met een hoge dichtheid. Prézeau benadrukt dat zijn resultaten nadere uitwerking en bevestiging verdienen. Maar als het zou lukken om nauwkeurig te 'voorspellen' waar de dichtheid van deze 'haren' het hoogst is, zou het volgens hem mogelijk moeten zijn om met behulp van een ruimtesonde ter plekke jacht te maken op de mysterieuze donkere materie. (GS)
→ Earth Might Have Hairy Dark Matter

20 oktober 2015
Onderzoek met de Japanse röntgensatelliet Suzaku laat zien dat de chemische elementen in het heelal goed door elkaar geklutst zijn. Hierdoor wijkt de chemische samenstelling van onze zon niet dramatisch af van die van sterrenstelsels tientallen miljoenen lichtjaren hiervandaan. Alle chemische elementen zwaarder dan koolstof zijn door middel van kernfusie gevormd in sterren die aan het einde van hun leven als supernova zijn ontploft. Zuurstof en magnesium komen vrij bij de explosies van sterren die meer dan tien keer zoveel massa hebben als onze zon. Lichtere sterren eindigen hun bestaan doorgaans als witte dwergen en kunnen alleen een supernova-explosie ondergaan als ze materie van een begeleidende ster kunnen aantrekken. Bij dit tweede type explosies komt het meeste ijzer en nikkel vandaan. Om de chemische samenstelling van ons zonnestelsel te kunnen verklaren, moeten witte dwergen en zware sterren in een verhouding van ongeveer 1 op 5 exploderen. Om te onderzoeken of die verhouding ook elders wordt aangetroffen, hebben astronomen de Suzaku-satelliet twee weken lang op de Virgocluster gericht – een verzameling sterrenstelsels op een afstand van ruim 50 miljoen lichtjaar. Daarbij zijn naast ijzer voor het eerst ook de elementen magnesium, silicium en zwavel gedetecteerd. Uit de metingen blijkt dat de verhoudingen tussen de hoeveelheden ijzer, magnesium, silicium en zwavel door de hele Virgocluster heen constant zijn. Ook zijn ze ruwweg in overeenstemming met de samenstelling van onze zon en van de meeste andere sterren in de Melkweg. Dat betekent dat, hoewel er lokaal flinke afwijkingen kunnen optreden, de samenstelling van het heelal gemiddeld veel op die van onze kosmische achtertuin lijkt. Anders gezegd: het mengsel van elementen waaruit onze aarde en haar bewoners zijn voortkomen, kun je overal tegenkomen. (EE)
→ Suzaku satellite reveals the average chemical composition of our Universe on the largest scales to be the same as that of our Sun

23 september 2015
Kort na de oerknal zijn er in het heelal wellicht extreem zware sterren ontstaan, met massa's van wel 100.000 maal de massa van de zon. Dat suggereren Japanse onderzoekers in een artikel in The Astrophysical Journal. De superzware sterren zouden aan het eind van hun korte leven ineengestort zijn tot grote, zware zwarte gaten. Later in de geschiedenis van het heelal konden zulke extreem zware sterren niet meer gevormd worden, doordat het heelal ijler en koeler was geworden. De theorie biedt een elegante oplossing voor een nijpend probleem in de kosmologie. Op afstanden van vele miljarden lichtjaren, waar sterrenkundigen terugkijken tot kort na de oerknal, zijn al superzware zwarte gaten gevonden die miljarden malen zo zwaar zijn als de zon. Een gewoon 'stellair' zwart gat, zoals dat ontstaat bij de supernova-explosie van een 'gewone' zware ster, kan in die korte tijd nooit genoeg materie hebben opgeslokt om zo zwaar te worden. Maar wanneer er heel kort na de oerknal al zeer zware zwarte gaten bestonden, is het volgens de modelberekeningen van de onderzoekers wél mogelijk om in relatief korte tijd superzware zwarte gaten te vormen. Bij de explosie en ineenstorting van de hypothetische superzware sterren zouden gammaflitsen geproduceerd moeten worden met een duur van enkele uren tot enkele dagen. Astronomen hebben inderdaad al enkele merkwaardige, extreem lange gammaflitsen waargenomen - wellicht gaat het hier om de explosie van superzware sterren in de allervroegste jeugd van het universum. (GS)
→ Collapsing Enormous Stars

8 september 2015
De gevoelige XMASS-detector in de Kamioka-mijn in Japan heeft na zestien maanden geen overtuigende aanwijzingen gevonden voor het bestaan van donkere materie. Dat vertelden Japanse onderzoekers deze week op de TAUP2015-conferentie in Italië (TAUP staat voor Topics in Astroparticle and Underground Physics). Volgens veel theorieën bestaat de mysterieuze donkere materie in het heelal uit WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) - zware elementaire deeltjes die nauwelijks wisselwerking vertonen met gewone materie. Slechts heel af en toe zal er een reactie optreden tussen zo'n WIMP en een gewoon materiedeeltje. In grote ondergrondse detectoren kunnen die zeldzame reacties geregistreerd worden. Wanneer de interstellaire ruimte in het Melkwegstelsel ook veel donkeremateriedeeltjes bevat, zal de frequentie van die registraties een jaarlijke variatie moeten vertonen, als gevolg van de jaarlijkse beweging van de aarde rond de zon. Eerder leek het Italiaanse DAMA-experiment een dergelijke jaarlijkse modulatie op het spoor te zijn gekomen, maar andere vergelijkbare detectoren konden dat resultaat niet bevestigen. XMASS (Xenon detector for weakly interacting MASSive particles) is veel groter en gevoeliger, en zou het door DAMA geclaimde signaal zeker hebben moeten detecteren. Dat lijkt echter niet het geval. De XMASS-resultaten zijn niet in overeenstemming met de oudere DAMA-metingen, en de zeer geringe modulatie die is gevonden, is volgens de onderzoekers heel goed verklaarbaar door achtergrondfluctuaties. (GS)
→ Latest Results from Dark Matter Detector XMASS

7 juli 2015
Op de National Astronomy Meeting van de Royal Astronomical Society in Llandudno (Wales) worden vandaag nieuwe resultaten gepresenteerd van de Europese ruimtetelescoop Planck. Planck is in 2009 gelanceerd en heeft de gehele sterrenhemel in kaart gebracht op verschillende microgolflengten. De microgolfstraling die afkomstig is uit ons eigen Melkwegstelsel kan verschillende oorzaken hebben; zij wordt bijvoorbeeld geproduceerd door elektronen die met hoge snelheden in magnetische velden bewegen (synchrotronstraling), door botsingen van gasdeeltjes, of door trillende of rondtollende microscopisch kleine stofdeeltjes. Door de sterkte van de straling op verschillende golflengten te bestuderen kunnen die processen van elkaar worden onderscheiden. Op de hier afgebeelde nieuwe hemelkaart van Planck is bijvoorbeeld de verdeling van microgolf-synchrotronstraling te zien. Duidelijk is op deze kaart de zogeheten Loop 1 zichtbaar, die een halve eeuw geleden al op radiogolflengten werd ontdekt. De grote lusvormige structuur beslaat één derde van de gehele hemel; de afstand is niet precies bekend en ligt waarschijnlijk tussen 400 en 25.000 lichtjaar. Op een andere kaart is de verdeling van de zogeheten Anomalous Microwave Emission (AME, anomale microgolfstraling) zichtbaar, die vermoedelijk geproduceerd wordt door rondtollende stofdeeltjes. Daarop is onder meer de 200 lichtjaar grote stofring zichtbaar rond de ster Lambda Orionis (die het hoofd van het sterrenbeeld Orion markeert). (GS)
→ Rings and Loops in the stars: Planck’s stunning new images

28 mei 2015
Waarnemingen met de Amerikaanse ruimtetelescopen Chandra en Fermi en de Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array in Arizona (VERITAS) wijzen erop dat de ruimtetijd veel minder ‘schuimig’ is dan de meeste modellen voorspellen. Op de kleinste schalen die we kunnen meten, lijken ruimte en tijd volkomen glad te zijn. Maar bepaalde aspecten van de kwantummechanica – de zeer succesvolle theorie die het gedrag van atomen en subatomaire deeltjes beschrijft – voorspellen dat de ruimtetijd is opgebouwd uit minuscule, voortdurend fluctuerende gebiedjes. Als dat inderdaad het geval is, zou dat merkbaar moeten zijn aan het gedrag van röntgen- en gammastraling. Röntgen- en gammafotonen hebben namelijk dermate kleine golflengten dat ze interacties zouden aangaan met de kwantumbelletjes. Op kleine afstanden is daar niets van te merken, maar op afstanden van miljarden lichtjaren mogelijk wel. Volgens de meeste modellen zouden gamma- en mogelijk ook röntgenfotonen onderweg zo sterk worden verstrooid dat verre objecten, zoals quasars, op die korte golflengten onwaarneembaar zouden zijn. Maar dat is niet zo: zowel de röntgensatelliet Chandra als de gammatelescopen Fermi en VERITAS hebben quasars op afstanden van miljarden lichtjaren gedetecteerd. Dat geeft aan dat de kwantumbelletjes heel erg klein moeten zijn – minstens duizend keer zo klein als een proton (het deeltje dat de kern van het waterstofatoom vormt). Volgens de wetenschappers die de waarnemingen hebben geanalyseerd, betekent dit dat twee modellen voor de structuur van de ruimtetijd kunnen worden geschrapt. In feite blijft alleen het model over dat stelt dat de fluctuaties in de ruimtetijd zodanig op elkaar zijn afgestemd, dat er zelfs over grote afstanden geen verstrooiing van kortgolvige straling optreedt. (EE)
→ NASA Telescopes Set Limits On Spacetime Quantum “Foam”

14 mei 2015
In waarnemingsgegevens van de Amerikaanse gamma-ruimtetelescoop Fermi zijn aanwijzingen gevonden voor het bestaan van een 'linskhandig' magneetveld in het heelal. De ontdekking vormt mogelijk een aanzet tot de oplossing van het raadsel van de antimaterie: waarom komt er in ons heelal (vrijwel) uitsluitend 'gewone' materie voor en geen antimaterie? Kort na de oerknal moeten er gelijke hoeveelheden materie en antimaterie zijn ontstaan (antimaterie bestaat uit deeltjes waarvan enkele eigenschappen, zoals elektrische lading, tegenovergesteld zijn aan die van de 'gewone' deeltjes). Op de een of andere manier is er een klein overschot aan 'gewone' materie ontstaan, waaruit alle sterrenstelsels, sterren en planeten zijn opgebouwd. Hoe dat overschot is ontstaan is echter niet met zekerheid bekend. Sommige theorieën die dit raadsel proberen te verklaren (onder andere via de invloed van het Higgs-deeltje) voorspellen dat de kosmos gevuld is met een magnetisch veld. Afhankelijk van het moment waarop de antimaterie-asymmetrie zich manifesteerde zou dat magnetisch veld 'linkshandig' of 'rechtshandig' georiënteerd zijn. Energierijke gammastraling uit het heelal wordt beïnvloed door magnetische velden, en indien er sprake is van zo'n veld, moeten er spiraalvormige patronen zichtbaar zijn in de verdeling van gammafotonen met verschillende energieën. Volgens een analyse van de meetgegevens van de ruimtetelescoop Fermi, uitgevoerd door een team onder leiding van Tanmay Vachaspati van Arizona State University, lijken zulke spiraalvormige patronen inderdaad aanwezig te zijn, en blijken de 'linkshandige' patronen de overhand te hebben. Het bestaan van een universeel kosmisch magneetveld kan ook van invloed zijn geweest op het ontstaan van de eerste sterren en sterrenstelsels. De nieuwe resultaten zijn gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. (GS)
→ Left-handed cosmic magnetic field could explain missing antimatter

28 april 2015
Theoretisch onderzoek van astronomen aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics lijkt uit te wijzen dat het heelal al veel waterdamp bevatte toen het nog slechts één miljard jaar oud was. De nieuwe resultaten worden gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters.Watermoleculen bestaan uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. Direct na de oerknal bestond het heelal vrijwel volledig uit waterstof en helium; zuurstof werd pas later gevormd in het inwendige van sterren, en kwam via supernova-explosies in de interstellaire ruimte terecht. Toch ontdekten de onderzoekers dat er één miljard jaar na de oerknal in compacte wolken van gas en stof al vrij snel evenveel waterdamp gevormd kon worden als tegenwoordig, ook al bevatte de interstellaire materie indertijd veel minder zware elementen zoals zuurstof.Uit de theoretische modelberekeningen volgt dat watermoleculen (in gasvorm) vrij eenvoudig kunnen ontstaan bij temperaturen van ca. dertig graden Celsius. Die relatief hoge temperaturen kwamen lang geleden op veel plaatsen voor, omdat het hele heelal toen nog warmer was en gaswolken minder efficiënt konden afkoelen. De onderzoekers benadrukken dat hun werk alleen betrekking heeft op waterdamp in moleculaire wolken waaruit later nieuwe generaties sterren kunnen ontstaan. Onbekend is of er ook toen al veel water in ijsvorm voorkwam, en welk deel van het water uiteindelijk terecht kon komen in de eerste generatie planeten. (GS)
→ Water Could Have Been Abundant in the First Billion Years

20 april 2015
Sterrenkundigen hebben een verklaring gevonden voor de mysterieuze 'koude plek' die in 2004 werd ontdekt in de kosmische achtergrondstraling - het afgekoelde overblijfsel van de energierijke straling waarmee het heelal kort na de oerknal was gevuld. De achtergrondstraling, die gedetailleerd in kaart is gebracht door de Europese ruimtetelescoop Planck, bevat kleine gebiedjes met een net iets hogere of net iets lagere temperatuur dan gemiddeld. Die temperatuurvariaties worden veroorzaakt door kleine dichtheidsvariaties in het hete gas waarmee het heelal een paar honderdduizend jaar na de oerknal was gevuld. Uit die dichtheidsvariaties ontstond later de groteschaalstructuur van het heelal, met sterrenstelsels die gegroepeerd zijn in clusters en superclusters. In de richting van het sterrenbeeld Eridanus werd echter een groot gebied ontdekt met een lagere temperatuur dan gemiddeld, en het bestaan van zo'n grote 'cold spot' bleek moeilijk te verklaren. Waarnemingen met de PanSTARRS-1 telescoop op Hawaii en de Amerikaanse WISE-satelliet hebben nu het bestaan aan het licht gebracht van een gigantische superholte in de verdeling van sterrenstelsels, met een middellijn van ca. 1,8 miljard lichtjaar, en op een afstand van 'slechts' zo'n 3 miljard lichtjaar. Fotonen van de kosmische achtergrondstraling die deze superholte binnendringen, verliezen een klein beetje energie. Die zouden ze normaalgesproken weer terugwinnen wanneer ze de holte na verloop van tijd weer verlaten, maar in de tussentijd is het heelal uitgedijd, waardoor de fotonen uiteindelijk met een lagere energie verder reizen dan waarmee ze van start gingen. De grote koude plek in de achtergrondstraling kan volgens de onderzoekers goed verklaard worden door dit ISW-effect (Integrated Sachs-Wolfe effect, genoemd naar de ontdekkers). De nieuwe resultaten zijn vandaag online gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. (GS)
→ A Cold Cosmic Mystery Solved

13 april 2015
Sterrenkundigen hebben de eerste gedetailleerde kaarten gepresenteerd van de verdeling van donkere materie in het heelal, geproduceerd op basis van waarnemingen die de afgelopen jaren zijn verricht met de Dark Energy Camera, in het kader van de Dark Energy Survey. De kaarten beslaan nog slechts drie procent van het hemeloppervlak dat uiteindelijk in kaart gebracht zal gaan worden. De resultaten tot nu toe lijken volledig in overeenstemming te zijn met de populaire ideeën over de samenstelling en evolutie van het heelal. De Dark Energy Survey heeft tot doel om meer te begrijpen van de ware aard van de mysterieuze donkere energie, die verantwoordelijk wordt gehouden voor de huidige versnellende uitdijing van het heelal. Daartoe is het eerst nodig om een goed beeld te krijgen van de precieze verdeling van materie in de kosmos. Die bestaat voor het grootste deel uit (al even mysterieuze) donkere materie, die geen waarneembare straling uitzendt en alleen meetbaar is door de zwaartekrachtsinvloed die zij uitoefent. De 570-megapixel Dark Energy Camera, gemonteerd op de 4-meter Blanco-telescoop van de Cerro Tololo-sterrenwacht in Chili, legt positie en vorm vast van miljoenen ver verwijderde sterrenstelsels. De beeldjes van die stelsels worden in zeer geringe mate vervormd door de zwaartekrachtswerking van (donkere) materie die zich tussen het verre stelsel en de aarde bevindt. Door die vervormingen statistisch te analyseren, kan de ruimtelijke verdeling van donkere materie achterhaald worden. De nieuwe kaart is vandaag gepresenteerd op een bijeenkomst van de American Physical Society in Baltimore. Hij is vervaardigd op basis van metingen aan ca. twee miljoen sterrenstelsels. De gegevens zijn verwerkt door het National Center for Supercomputing Applications van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. Tot nu toe lijkt alles erop te wijzen dat zichtbare sterrenstelsels inderdaad bij voorkeur zijn ontstaan in gebieden en langgerekte filamenten waar de dichtheid van de donkere materie het hoogst is. (GS)
→ Dark Energy Survey Creates Guide to Spotting Dark Matter

5 februari 2015
Nieuwe hemelkaarten die met de Europese satelliet Planck zijn verkregen, laten zien dat de eerste sterren in het heelal later zijn ontstaan dan tot nu toe werd aangenomen. Dat blijkt uit de polarisatie van de zogeheten kosmische achtergrondstraling. Door botsingen met kleine deeltjes, zoals elektronen, krijgen lichtgolven een voorkeursrichting – ze worden ‘gepolariseerd’. Dat geldt ook voor de kosmische achtergrondstraling, die vrijkwam toen het heelal – ongeveer 380.000 jaar na de oerknal – doorzichtig werd. Uit de polarisatiegegevens die met Planck zijn verzameld, blijkt dat het tot 550 miljoen jaar na de oerknal heeft geduurd voordat de eerste sterren ontstonden. Dat is ruim 100 miljoen jaar later dan metingen met Plancks voorganger – WMAP – hadden laten zien. De latere geboortedatum brengt de waarnemingen weer in overeenstemming met de bestaande kosmologische modellen. Computersimulaties hebben namelijk laten zien dat 400 miljoen jaar te kort was om de zwaartekracht de kans te geven om gas tot sterren te laten samentrekken. Die discrepantie lijkt nu te zijn weggewerkt. (EE)
→ Planck reveals first stars were born late

30 januari 2015
Het is definitief: het polarisatiesignaal dat vorig jaar met de BICEP2-telescoop werd gedetecteerd in de kosmische achtergrondstraling is volledig veroorzaakt door stof in onze eigen Melkweg. Vorig jaar gingen wetenschappers van het BICEP2-project er nog van uit dat de door hen waargenomen polarisatie veroorzaakt moest zijn door zwaartekrachtsgolven in de ruimtetijd, opgewekt tijdens de supersnelle inflatie-periode van het heelal in de allereerste fractie van een seconde na de oerknal. Over die interpretatie rezen al snel twijfels, vooral nadat gegevens van de Europese satelliet Planck in september lieten zien dat de gepolariseerde straling van stof over de hele hemel ongeveer net zo sterk is als het signaal dat BICEP2 in een vermeendelijk ‘schoon’ stukje hemel had waargenomen. Bij een gezamenlijke analyse van gegevens van BICEP2, Planck en de Keck-telescoop op Hawaï is nu geen spoor van de door zwaartekrachtsgolven veroorzaakte polarisatie teruggevonden. De bij de drie projecten betrokken wetenschappers zijn er echter stellig van overtuigd dat dit niet hoeft te betekenen dat er na de oerknal geen inflatieperiode is geweest. Vooralsnog gaan ze ervan uit dat het gezochte signaal simpelweg te zwak is om met de bestaande instrumenten te kunnen detecteren (EE)
→ Planck: gravitational waves remain elusive

29 december 2014
Een internationaal team van astronomen onder leiding van de Leidse sterrenkundige Joop Schaye heeft een simulatie van het heelal ontwikkeld waarin realistische sterrenstelsels ontstaan; hun massa, grootte en leeftijd komen overeen met die van waargenomen sterrenstelsels. De gelijkenis is te danken aan de simulatie van de sterke galactische winden - gaswinden die uit sterrenstelsels worden geblazen. De berekeningen duurden enkele maanden en werden uitgevoerd op de “Cosmology Machine” in Durham en op “Curie” in Parijs, twee van de grootste computers voor wetenschappelijk onderzoek. Astronomen kunnen met behulp van deze simulatie de ontwikkeling van sterrenstelsels onderzoeken van bijna 14 miljard jaar geleden tot nu. De resultaten worden op 1 januari gepubliceerd in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Sterrenkundigen onderzoeken al jaren de vorming van sterrenstelsels met behulp van computersimulaties, maar met bescheiden succes. De sterrenstelsels die in eerdere simulaties ontstonden waren vaak te zwaar, te klein, te oud en te bolvormig. De uitkomsten van de EAGLE-simulatie (Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments) komen veel beter overeen met de werkelijkheid omdat de galactische winden in de EAGLE-simulatie sterk genoeg zijn om de gasvoorraad die nodig is voor stervorming weg te blazen. De sterrenstelsels in de EAGLE-simulatie zijn daardoor lichter en jonger: ze bevatten minder sterren en deze ontstaan later. De galactische winden worden aangedreven door sterren, supernova-explosies en superzware zwarte gaten. De vele duizenden sterrenstelsels die in de EAGLE-simulatie ontstaan lijken ook in hun grootte en vorm op sterrenstelsels die astronomen in het heelal waarnemen. Omdat het team nu een simulatie heeft ontwikkeld waarvan de uitkomsten overeenkomen met de waargenomen eigenschappen van sterrenstelsels, kunnen astronomen de evolutie van een individueel sterrenstelsel tot in detail bestuderen.
→ Origineel persbericht

12 december 2014
Voor het eerst zijn astronomen erin geslaagd de afmetingen van een belangrijke ‘meetlat’ in het heelal direct uit waarnemingen af te leiden. Tot op heden moest de waarde altijd worden afgeleid uit berekeningen, op basis van Einsteins relativiteitstheorie. De nieuwe resultaten, verkregen door kosmologen van Imperial College London en de Universiteit van Barcelona, worden gepubliceerd in Physical Review Letters. Het gaat om de karakteristieke ‘golflengte’ van de zogeheten Baryonische Akoestische Oscillaties. Die oscillaties in de dichtheidsverdeling van het prille heelal hebben ertoe geleid dat de huidige groteschaalstructuur van sterrenstelsels ook een karakteristieke ‘schaal’ heeft. Wanneer de afmeting daarvan bekend is, zijn onafhankelijke afstandsbepalingen van ver verwijderde sterrenstelsels mogelijk, wat weervan belang is voor een beter inzicht in de evolutie van de kosmos. Tot nu toe werd de karakteristieke schaal van de Baryonische Akoestische Oscillaties theoretisch afgeleid; door gebruik te maken van waarnemingen aan verre supernova-explosies zijn de Britse en Spaanse astronomen er nu als eersten in geslaagd om de ‘schaalstok’ direct op basis van waarnemingen te kalibreren. De uitkomst: ca. 480 miljoen lichtjaar, wat overigens goed in overeenstemming is met de theoretische voorspellingen. (GS)
→ Researchers use real data rather than theory to measure the cosmos

11 december 2014
Door massa’s gegevens van de Europese röntgensatelliet XMM-Newton door te worstelen, hebben wetenschappers van de Universiteit Leiden en de École polytechnique fédérale de Lausanne (Zwitserland) een signaal opgespoord dat afkomstig kan zijn van donkere materie. Geschat wordt dat minstens tachtig procent van alle materie in het heelal uit donkere materie bestaat. De mysterieuze substantie is niet waarneembaar met telescopen, en heeft haar bestaan tot nu toe alleen verraden door de aantrekkingskracht die zij op gewone materie en op licht uitoefent. De wetenschappers uit Leiden en Lausanne hebben nu de röntgenstraling geanalyseerd die afkomstig is van het Andromedastelsel en de Perseuscluster – een grote samenscholing van sterrenstelsels. Nadat alle straling die kon worden teruggevoerd tot bekende deeltjes en atomen was geschrapt, bleef er een klein, zwak restant over. Volgens de onderzoekers komt de verdeling van dat zwakke röntgensignaal over de sterrenstelsels precies overeen met de verwachte verdeling van de donkere materie. Dat wil zeggen: de meeste reststraling komt uit het centrum van de stelsels, de minste van de randen. Toen vervolgens naar röntgengegevens van onze eigen Melkweg werd gekeken, werd dezelfde verdeling geconstateerd. Volgens de wetenschappers vertoont de röntgenstraling de signatuur van het verval van ‘steriele neutrino’s’. Deze (tot nu toe) hypothetische, lichte deeltjes gaan nog minder interacties aan met normale materie dan de drie reeds bekende soorten neutrino’s. Overigens lijken de recent gepubliceerde resultaten van de Europese satelliet Planck het bestaan van steriele neutrino’s juist uit te sluiten. (EE)
→ Researchers detect possible signal from dark matter

4 december 2014
Wetenschappers hebben de resultaten bekendgemaakt van alle metingen die de Europese Planck-satelliet van 2009 tot 2013 heeft gedaan. Planck heeft de kosmische achtergrondstraling nauwkeurig in kaart gebracht – het zwakke restant van de straling die vrijkwam bij de oerknal. Daarbij is niet alleen de intensiteit van deze microgolfstraling gemeten, maar voor het eerst ook de polarisatie. De kaart van de intensiteitsverdeling van de kosmische achtergrondstraling, die laat zien waar de materie in het heelal zich 380.000 jaar na de oerknal bevond, is vorig jaar al gepresenteerd. Dankzij de polarisatiemetingen is nu ook inzichtelijk gemaakt hoe deze materie bewoog. De nieuwe gegevens maken het mogelijk om een complete klasse van modellen van donkere materie uit te sluiten. Volgens deze modellen zou donkere materie kunnen bestaan uit exotische deeltjes die elkaar annihileren. De energie die bij dit annihilatieproces vrijkomt zou zijn sporen achter moeten laten in de verdeling van licht en materie in het vroege heelal. Maar in de Planck-waarnemingen zijn zulke sporen niet aangetroffen. Dat betekent dat donkere materie – waaruit deze ook moge bestaan – waarschijnlijk stabiel is. Dat heeft ook gevolgen voor de metingen die met onder meer het AMS-02-experiment aan boord van het internationale ruimtestation ISS zijn gedaan. Bij die metingen is een overschot aan positronen (positief geladen deeltjes) uit het heelal ontdekt, die eveneens het gevolg zou kunnen zijn van de annihilatie van donkere materie. De Planck-resultaten sluiten die interpretatie uit. Dat betekent dat deze kosmische deeltjes waarschijnlijk afkomstig zijn van pulsars (rondtollende neutronensterren). De volledige gegevens van de Planck-missie, en de daarop gebaseerde artikelen die in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics zullen verschijnen, zijn vanaf 22 december beschikbaar op de website van ESA. (EE)
→ Planck: New Revelations On Dark Matter And Relic Neutrinos

18 november 2014
In 2012 werd bij CERN het Higgs-boson opgespoord – een deeltje waarvan het bestaan al theoretisch was voorspeld. Een andere voorspelling is dat dit deeltje, dat alle andere deeltjes massa ‘geeft’, er kort na de oerknal voor zou hebben gezorgd dat het heelal vrijwel onmiddellijk weer instortte – wat duidelijk niet is gebeurd. Volgens een team van Britse, Deense en Finse natuurkundigen is dat te danken aan de zwaartekracht. In een artikel in Physical Review Letters beschrijven de wetenschappers dat de kromming van de ruimtetijd – in feite de zwaartekracht – het heelal de stabiliteit gaf die nodig was om de korte periode van hevige uitdijing ('inflatie') kort na de oerknal te kunnen doorstaan. Daartoe is het wel nodig dat er een (uiterst zwakke) wisselwerking bestaat tussen het Higgs-deeltje en de zwaartekracht. Deze interactie zou niet meetbaar zijn in een deeltjesversneller. Om het bestaan ervan aan te tonen zijn kosmologische meetgegevens nodig. De wetenschappers hopen dat huidige en toekomstige Europese satellietmissies voor het onderzoeken van de kosmische achtergrondstraling en zwaartekrachtsgolven deze zullen kunnen leveren. (EE)
→ Gravity may have saved the universe after the Big Bang, say researchers

21 oktober 2014
Met het POLARBEAR-experiment op het 5000 meter hoog gelegen Chajnantor-plateau in Noord-Chili zijn bijzondere patronen ontdekt in de polarisatie van de kosmische achtergrondstraling - het verzwakte en afgekoelde restant van de energie van de oerknal waarmee het heelal 13,8 miljard jaar geleden ontstond. De resultaten zijn op 20 oktober gepubliceerd in The Astrophysical Journal. De waargenomen patronen - zogeheten B-mode polarisatie - kunnen verschillende oorzaken hebben; volgens de auteurs gaat het in dit geval waarschijnlijk om patronen die veroorzaakt zijn door zwaartekrachtslenswerking van verschillende structuren in het heelal. Eerder dit jaar maakte de BICEP 2-telescoop op de Zuidpool ook de ontdekking van B-mode polarisatie in de kosmische achtergrondstraling bekend, maar dan op veel grotere schaal. Die ontdekking werd indertijd gepresenteerd als een bewijs voor het bestaan van zwaartekrachtsgolven (extreem kleine periodieke vervormingen van de ruimtetijd), veroorzaakt door kosmische inflatie - de snelle exponentiële uitdijing van het heelal in de allereerste fractie van een seconde na het ontstaan. Later werden de claims afgezwakt, en recent gepubliceerde metingen van de Europese ruimtetelescoop Planck wezen uit dat de metingen van BICEP 2 in principe ook volledig te verklaren zijn door het polariserende effect van stof in ons eigen Melkwegstelsel. Het POLARBEAR-team is er echter van overtuigd dat in dit geval geen sprake kan zijn van 'verontreiniging' van de metingen door Melkwegstof: de metingen zijn verricht in drie kleine, relatief 'schone' gebiedjes aan de sterrenhemel, en bovendien gaat het om patronen op kleine schaal (enkele boogminuten), die minder sterk beïnvloed worden door stof. Op de kleine schaal waarop de B-mode polarisatie nu is waargenomen, is het overigens vrijwel uitgesloten dat het om de 'vingerafdruk' van zwaartekrachtsgolven uit het inflatietijdperk gaat. (GS)
→ POLARBEAR Detects Curls in the Universe’s Oldest Light

16 oktober 2014
Ruimtewetenschappers van de universiteit van Leicester hebben een merkwaardig röntgensignaal aan de hemel gedetecteerd – een signaal dat wel eens inzicht zou kunnen geven in de aard van de geheimzinnige donkere materie. Het signaal zou afkomstig zijn van axionen – deeltjes waarvan het bestaan wel is voorspeld, maar die nog nooit zijn waargenomen (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 20 oktober). Het vreemde signaal is opgespoord in de zogeheten röntgenachtergrond – een röntgenkaart van de hemel waarvan alle heldere afzonderlijke bronnen zijn afgetrokken. Die röntgenachtergrond lijkt kleine, seizoensafhankelijke veranderingen te vertonen, waar geen voor de hand liggende verklaring voor bestaat, maar die de voorspelde signatuur van axionen vertonen. De axionen zouden afkomstig zijn uit de kern van de zon. Wanneer zulke deeltjes terechtkomen in het magnetische veld van de aarde worden ze omgezet in röntgenstraling. En voorspeld wordt dat het röntgensignaal van axionen op zijn grootst is wanneer we door de zonkant van dat magnetische veld kijken, waar het op zijn sterkst is. Geschat wordt dat 85% van alle materie in het heelal uit donkere materie bestaat. Donkere materie is niet waarneembaar met telescopen, maar verraadt zijn bestaan door de aantrekkingskracht die hij op gewone materie en op licht uitoefent. (EE)
→ Curious signal hints at dark matter – first evidence of axions?

7 oktober 2014
Japanse onderzoekers hebben met de XMASS-detector geen aanwijzingen gevonden voor het bestaan van zogeheten bosonische super-WIMPs - hypothetische deeltjes die een mogelijke verklaring zouden kunnen vormen voor de donkere materie in het heelal. Het bestaan van de lichte deeltjes, die vrijwel geen wisselwerking met 'normale' materie zouden vertonen, was gesuggereerd omdat de populaire kandidaat voor de donkere materie - de supersymmetrische WIMP, of weakly interacting massive particle - tot nu toe nog steeds niet is gevonden. Bovendien stemmen de waarnemingen van de materieverdeling in het heelal op de schaal van individuele sterrenstelsels en dwergstelsels niet goed overeen met de voorspellingen van modellen met supersymmetrische WIMPs. De XMASS-detector, die gebruik maakt van een ton vloeibaar xenongas om zeldzame interacties van onbekende elementaire deeltjes te registreren, heeft echter geen aanwijzingen gevonden voor het alternatief van de bosonische super-WIMPs. Daarmee blijft de donkere materie vooralsnog even raadselachtig als ze altijd al is geweest. De resultaten van het Japanse experiment zijn gepubliceerd in Physical Review Letters. (GS)
→ A Warm Dark Matter Search Using XMASS

25 september 2014
Begin oktober wordt de studentenraket Stratos II van de Technische Universiteit Delft gelanceerd. Aan boord van deze raket bevindt zich een laagfrequente antenne waarmee radiostraling uit de ruimte kan worden gemeten. Het experiment, dat wordt geleid door een team van onderzoekers van de Radboud Universiteit Nijmegen, is een opmaat voor een radiotelescoop op de maan. Met zo’n radiotelescoop zou het mogelijk zijn om voor het eerst de straling van kort na de oerknal, uit het kosmologische 'donkere tijdperk', te meten. Deze straling is onzichtbaar voor radiotelescopen op de aarde, omdat onze atmosfeer die niet doorlaat, en omdat we zelf heel veel straling van deze frequenties produceren. Het donkere tijdperk is de periode van 150 tot 800 miljoen jaar na de oerknal. In deze periode was zichtbaar licht afwezig, omdat er nog geen sterren waren ontstaan. De enige vorm van straling was de 21-centimeterlijn van neutraal waterstofgas, dat toen in grote hoeveelheden aanwezig was. Deze straling is met het uitdijende heelal uitgerekt radiogolven met een frequentie van minder dan 30 megahertz.
→ Volledig persbericht

22 september 2014
Nauwkeurige metingen aan de verdeling van stof in ons eigen Melkwegstelsel, uitgevoerd door de Europese infraroodkunstmaan Planck, lijken af te rekenen met de eerder dit jaar gepresenteerde resultaten van de BICEP2-telescoop op de Zuidpool. Dat blijkt uit een artikel dat op de preprint-server arXiv.org is verschenen. BICEP2 deed metingen aan de polarisatie van de kosmische achtergrondstraling. In maart concludeerde het BICEP2-team dat een groot deel van die polarisatie veroorzaakt moest zijn door zwaartekrachtsgolven in de ruimtetijd, opgewekt door de supersnelle inflatie-periode van het heelal in de allereerste fractie van een seconde na de oerknal. Al snel rezen er echter twijfels over de interpretatie; het polarisatiesignaal zou ook veroorzaakt kunnen zijn door stofdeeltjes in ons eigen Melkwegstelsel, waarvoor niet zorgvuldig genoeg was gecorrigeerd. De metingen van Planck lijken nu inderdaad te bevestigen dat het BICEP2-signaal mogelijk volledig toe te schrijven is aan galactisch stof. De twee teams werken momenteel samen aan een gedetailleerde analyse van alle waarnemingen; het is niet uitgesloten dat er dan alsnog een 'inflatie-signaal' wordt gevonden. Voorlopig moet de conclusie echter luiden dat het BICEP2-team in maart iets te vroeg heeft gejuicht. (GS)
→ Vakpublicatie over het onderzoek

27 augustus 2014
Experimenten die in een ondergronds laboratorium in Italië zijn uitgevoerd, laten zien dat onder ‘oerknalomstandigheden’ behalve waterstof en helium ook kleine hoeveelheden van het element lithium worden gevormd. Kosmologen zullen daar niet van opkijken, want hun berekeningen hadden dat al ‘voorspeld’. Astrofysici blijven nu echter met een hardnekkige kwestie zitten… De elementen waterstof, helium en lithium zijn volgens de oerknaltheorie ontstaan toen het heelal nog maar enkele minuten oud was – ruimschoots vóór de vorming van de eerste sterren. Het ligt dus voor de hand dat de oudste sterren in bijvoorbeeld onze Melkweg de oorspronkelijke lithiumconcentratie vertonen. Alleen, dat doen ze niet: ongeveer de helft van het lithium is zoek. Nu de vroege vorming van lithium ook experimenteel is aangetoond, is deze kwestie alleen maar prangender geworden. De oplossing het lithiumprobleem moet blijkbaar niet bij de oerknal worden gezocht, maar bij de sterren. (EE)
→ Measurement at Big Bang Conditions Confirms Lithium Problem

11 augustus 2014
Sommige organische (koolstofhoudende) verbindingen ontstaan in de ijle atmosferen van kometen, waarschijnlijk door afbraak van grotere organische stofdeeltjes. Dat blijkt uit gedetailleerde waarnemingen die verricht zijn met het ALMA-observatorium in Noord-Chili. ALMA bracht de atmosferen (de zogeheten coma's) van kometen ISON en Lemmon in beeld. Door 2D-afbeeldingen van de verdeling van bepaalde moleculen te combineren met spectroscopische metingen, kon een driedimensionaal beeld verkregen worden van de ruimtelijke verdeling van verschillende verbindingen, zoals HCN (waterstofcyanide), HNC (waterstofisocyanide) en H2CO (formaldehyde). De ALMA-metingen, verricht door een internationaal team van onderzoekers onder wie komeetdeskundigen van NASA's Goddard Space Flight Center, laten zien dat HCN gelijkmatig in alle richtingen van de komeetkern wegstroomt, zoals te verwachten is wanneer het onder invloed van zonnewarmte vrijkomt uit de bevroren kern. De verdeling van HNC en H2CO is echter veel minder regelmatig; ALMA onderscheidde duidelijke concentraties, waarvan de beweging in de loop van dagen en zelfs uren te volgen was. Dat doet vermoeden dat deze stoffen pas in de coma van de komeet ontstaan. De nieuwe waarnemingen zijn vandaag gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters. Ze zijn belangrijk voor een beter begrip van de wijze waarop organische moleculen op de pasgeboren aarde zijn terechtgekomen, en daar de basis hebben gevormd voor het ontstaan van leven. Veel van die moleculen zelf zullen de reis door de aardse dampkring niet eenvoudig overleven, maar als er in kometen grotere organische stofdeeltjes voorkomen, hebben die meer kans om intact op aarde aan te komen. (GS)
→ ALMA Confirms Comets Forge Organic Molecules in Their Dusty Atmospheres (origineel persbericht)

4 augustus 2014
Vorig jaar presenteerden astronomen een nieuwe, detailrijke kaart van de kosmische achtergrondstraling – de overgebleven straling van de oerknal. De afbeelding, gebaseerd op gegevens van de Europese satelliet Planck, vertoonde enkele weeffouten die het standaardmodel van de kosmologie op de proef stelden. Zwitserse en Franse wetenschappers hebben nu echter aangetoond dat diverse van deze foutjes verdwijnen door de Planck-gegevens anders te verwerken (Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 4 augustus). De zeer energierijke straling die kort na de oerknal het heelal vulde, is door de uitdijing van het heelal verandert in energiearme microgolfstraling. De verdeling van deze straling langs de hemel is niet helemaal gelijkmatig: het ene plekje is wat warmer dan het andere. Voor een deel is dat het gevolg van voorgrondobjecten, zoals sterren en sterrenstelsels, die óók bronnen van straling zijn. Bij het verwerken van gegevens van satellieten zoals Planck wordt daar zo goed mogelijk voor gecorrigeerd. Maar na deze correcties vertoonde de vorig jaar gepresenteerde kaart een aantal onverklaarbare afwijkingen. De bekendste is de ‘koude plek’, een relatief grote structuur waarvan de temperatuur enkele honderdduizendsten van een graad lager is dan mogelijk werd geacht. Recent Europees onderzoek wijst er nu op dat de meeste afwijkingen in de Planck-kaart verdwijnen als de gegevens van de satelliet op een andere manier worden verwerkt. Daarbij worden nieuwe technieken gebruikt om het storende voorgrondlicht van de kosmische achtergrondstraling te scheiden, en worden ook effecten zoals de beweging van ons Melkwegstelsel in rekening gebracht. De nieuwe analyse kan overigens niet alle kreukels gladstrijken. (EE)
→ Baby Universe picture brought closer to theory

8 juli 2014
Er iets mis is in het heelal. De kosmische begroting lijkt een enorm tekort aan ultraviolet licht te vertonen. Tot die conclusie komen astronomen na een recent onderzoek dat in The Astrophysical Journal Letters is gepubliceerd. Volgens de astronomen is het licht van bekende populaties van sterrenstelsels en quasars lang niet toereikend om de waargenomen hoeveelheden intergalactisch waterstofgas te kunnen verklaren. Het verschil bedraagt maar liefst 400 procent. ‘Het is alsof je je in een helder verlichte kamer bevindt, maar slechts een paar gloeilampjes van 40 watt ziet hangen,’ aldus Juna Kollmeier, die het onderzoek leidde. Opvallend genoeg lijkt het tekort zich alleen voor te doen in het nabije, relatief goed onderzochte heelal. Wanneer telescopen op miljarden lichtjaren verre sterrenstelsels worden gericht, lijkt de lichtbegroting nog sluitend te zijn. Het ontbrekende licht bestaat uit energierijke ultraviolet-fotonen die in staat zijn om ongeladen waterstofatomen te ioniseren. Modelberekeningen laten zien dat er in onze kosmische omgeving veel meer geïoniseerd waterstof is dan je op grond van de beschikbare bronnen van ultraviolette straling zou mogen verwachten. Dat kan betekenen dat het gebruikte model model niet deugt. Maar het is ook denkbaar dat een belangrijke bron van uv-straling over het hoofd wordt gezien. Die bron zou kunnen bestaan uit de geheimzinnige donkere materie – materie die wel zwaartekracht uitoefent, maar van zichzelf geen waarneembare straling uitzendt. Deze materie kan bestaan uit deeltjes met een eindige levensduur, die bij hun verval ultraviolette straling uitzenden. (EE)
→ Cosmic Accounting Reveals Missing Light Crisis

7 juli 2014
Gedetailleerde computersimulaties laten zien dat de reïonisatie van het jonge heelal voor een belangrijk deel te danken is aan dwergsterrenstelsels. Tijdens de eerste paar honderd miljoen jaar na de oerknal bestond het koele intergalactische gas in het uitdijende heelal uit neutrale atomen. In de loop van de tijd raakte dit gas opnieuw geïoniseerd tot een heet plasma van afzonderlijke positief geladen atoomkernen en negatief geladen elektronen. Die reïonisatie vond plaats onder invloed van energierijke ultraviolette straling, vermoedelijk van de eerste sterren in het heelal. Tot nu toe gingen astronomen ervan uit dat het vooral de sterren in de grote sterrenstelsels waren die bijdroegen aan die reïonisatie - grote stelsels produceren nu eenmaal veel meer UV-straling. Uit de nieuwe computersimulaties, uitgevoerd door astronomen van het Georgia Institute of Technology en het San Diego Supercomputer Center, blijkt nu echter dat kleine dwergsterrenstelsels minstens dertig procent van de ioniserende straling leverden. De dwergstelsels bevatten weliswaar veel minder sterren, maar ze zijn enorm veel talrijker. Bovendien kan UV-straling uit zo'n dwergstelsel gemakkelijker ontsnappen: in grotere sterrenstelsels wordt een deel van de geproduceerde UV-straling geabsorbeerd door het gas dat zich in het stelsel zelf bevindt. Volgens de nieuwe computersimulaties was ca. 550 miljoen jaar na de oerknal ongeveer de helft van het heelal opnieuw geïoniseerd, en was de reïonisatie ca. 860 miljoen jaar na de oerknal voltooid. De resultaten zijn gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. (GS)
→ Small, but plentiful: how the faintest galaxies illuminated the early universe (origineel persbericht)

2 juli 2014
Tom Broadhurst, een Britse kosmoloog die verbonden is aan de Universiteit van Baskenland, heeft in Nature Physics, samen met onderzoekers van de Nationale Universiteit van Taiwan, een nieuwe theorie gepubliceerd voor de mysterieuze donkere materie in het heelal. Die zou misschien niet uit elementaire deeltjes bestaan, zoals algemeen wordt aangenomen, maar uit een extreem koude 'quantumvloeistof' - een zogeheten Bose-Einstein-condensaat. Zo'n condensaat bestaat uit een groot aantal deeltjes die collectief dezelfde quantumgolffunctie hebben. Broadhurst en zijn collega's denken dat golven in deze 'quantumvloeistof' verantwoordelijk zijn geweest voor het ontstaan van de groteschaalstructuur van het heelal. Met hun nieuwe theorie kunnen ze in ieder geval bepaalde eigenschappen van dwergsterrenstelsels beter verklaren dan mogelijk is met de 'traditionele' kijk op donkere materie. (GS)
→ Origineel persbericht (Spaanstalig)

26 juni 2014
Dankzij nieuwe computersimulaties van de evolutie van ons ‘lokale heelal’ heeft de jacht op de donkere materie in het heelal weer wat vooruitgang geboekt. Volgens Britse wetenschappers, die samenwerken met collega’s van de Universiteit Leiden, kunnen de simulaties meer inzicht geven in de mysterieuze substantie die 85 procent van de massa in het heelal voor haar rekening neemt. Astronomen denken dat samenklonteringen van donkere materie – halo’s genoemd – hebben gezorgd voor het ontstaan van de opeenhopingen van intergalactisch gas waaruit later de eerste sterrenstelsels zijn voortgekomen. Kosmologische theorieën voorspellen dat er in onze kosmische omgeving miljoenen kleine halo’s aanwezig zijn. Maar tot nu toe zijn rond de Melkweg pas enkele tientallen kleine sterrenstelsels ontdekt. Lang niet elke halo heeft dus een sterrenstelsel gevormd. Maar waarom? De computersimulaties geven een mogelijke verklaring. De eerste generatie van sterren die het heelal bevolkte zou ervoor hebben gezorgd dat het gas dat deze halo’s aantrokken te heet bleef om sterren te kunnen vormen. Slechts enkele halo’s konden de dans ontspringen door vroeg en snel genoeg te groeien om hun gas vast te houden en zich tot sterrenstelsels te ontwikkelen. Als de bestaande theorieën over de donkere materie kloppen, zou ons heelal dus moeten wemelen van de halo’s die géén sterrenstelsel hebben gevormd. Probleem is alleen dat astronomen nog geen idee hebben hoe ze deze objecten zouden moeten opsporen. De resultaten van dit onderzoek worden vandaag gepresenteerd op de National Astronomy Meeting van de Royal Astronomical Society in Portsmouth. (EE)
→ “Cosmic own goal” another clue in hunt for dark matter

25 juni 2014
Op de eerste opnamen die na de start van de Dark Energy Survey (DES), in augustus 2013, zijn gemaakt is een zeldzame ‘superheldere’ supernova ontdekt. De sterexplosie, die de aanduiding DES13S2cmm heeft gekregen, vond plaats in een sterrenstelsel op 7,8 miljard lichtjaar afstand. De supernova gaf meer licht dan een compleet sterrenstelsel en was een half jaar later nog (zwak) waarneembaar. Dat maken astronomen vandaag bekend op de National Astronomy Meeting van de Royal Astronomical Society in Portsmouth. Bij elke supernova-explosie komen veel licht en andere soorten straling vrij. Maar superheldere supernova’s zijn nog eens tientallen keren helderder dan de helderste ‘normale’ supernova’s. Ze worden pas sinds een jaar of vijf als een aparte categorie gezien. Tot nu toe zijn nog geen veertig van zulke supernova’s ontdekt. Binnen die selecte groep neemt DES13S2cmm nog een bijzondere positie in ook. Hij gloeide veel langer na dan zijn naaste soortgenoten. Bij normale supernova’s wordt dat nagloeien veroorzaakt door het verval van kortlevende radioactieve elementen. Maar om het nagloeien van DES13S2cmm op die manier te kunnen verklaren, zijn absurde hoeveelheden radioactief materiaal nodig. De astronomen zijn dan ook naarstig op zoek naar andere verklaringen. Tot nu toe lijkt echter geen enkel voorgesteld model aan de waarnemingen te kunnen voldoen. De Dark Energy Survey heeft tot doel om meer te weten te komen over de donkere energie – de kracht die het heelal versneld laat uitdijen. Om de uitdijingsgeschiedenis van het heelal in kaart te brengen, wordt uitgekeken naar supernova-explosies in verre sterrenstelsels. Bepaalde supernova-explosies – niet superheldere zoals DES13S2cmm – stellen astronomen in staat om zowel de afstand als de snelheid van zo’n ver stelsel te bepalen. (EE)
→ Discovery of exotic supernova sees Dark Energy Survey start off with a bang!

24 juni 2014
Een team van Britse kosmologen onder leiding van Robert Hogan van Kings College London heeft berekend dat het heelal een minieme fractie van een seconde na het ontstaan alweer van het toneel verdwenen zou moeten zijn. Tenminste, als het Higgsdeeltje bestaat en als er inderdaad een periode van exponentiële uitdijing (inflatie) heeft plaatsgevonden. Hogan presenteert zijn resultaten vandaag op de National Astronomy Meeting van de Royal Astronomical Society in Portsmouth. Volgens de theorie van het Higgsdeelte verkeert het heelal in een semi-stabiele toestand die wordt omschreven als 'vals vacuüm'. Tijdens het inflatietijdperk, waarbij de lege ruimte in zeer korte tijd exponentieel opzwol, zou er volgens de kosmologen echter een overgang naar het 'echte vacuüm' plaatsgevonden moeten hebben, zeker wanneer het inflatietijdperk zo snel begon als gesuggereerd wordt door de meetresultaten van de BICEP2-telescoop op de Zuidpool die in maart gepresenteerd werden. Bij zo'n overgang naar het 'echte vacuüm' zou het heelal direct ineenstorten tot een punt met oneindig hoge dichtheid en oneindig hoge temperaruur. Volgens Hogan is er iets mis met de resultaten van BICEP2, of begrijpen we het inflatieproces niet voldoende, of moet er sprake zijn van onbekende natuurkundige processen die een snelle ineenstorting van de ruimte hebben weten te voorkomen. (GS)
→ Should the Higgs Boson Have Caused a Cosmic Collapse? (origineel persbericht)

19 juni 2014
De wetenschappers die in maart van dit jaar de ontdekking bekendmaakten van een polarisatiesignaal in de kosmische achtergrondstraling – veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven in het pasgeboren heelal – hebben hun bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters (pdf). Daarbij hebben zij hun conclusies, die destijds nogal wat opschudding veroorzaakten, wel moeten nuanceren. Na de bekendmaking van de meetresultaten, verkregen met de BICEP2-telescoop op Antarctica, hebben de wetenschappers de nodige kritiek over zich heen gekregen. Volgens veel deskundigen is de kans groot dat de waargenomen polarisatie is veroorzaakt door stof in onze eigen Melkweg. De BICEP2-onderzoekers staan nog achter hun eerdere conclusie, maar moeten toegeven dat ze de mogelijkheid niet kunnen uitsluiten dat de waargenomen ‘vingerafdruk’ van de vroege zwaartekrachtsgolven gedeeltelijk of volledig (!) voor rekening komt van galactisch stof. Of de discussies over de ontdekking daarmee zullen verstommen is nog maar de vraag. Iedereen wacht met spanning op de resultaten van soortgelijke metingen met de Europese satelliet Planck. Maar die komen waarschijnlijk pas in oktober. (EE)
→ Physical Review Letters Publishes BICEP2 Paper

3 juni 2014
Voor het eerst zijn natuurkundigen erin geslaagd om de elektrische lading van een antiwaterstofatoom te bepalen. Die blijkt gelijk te zijn aan nul, met een precisie van 8 cijfers achter de komma. Geen verrassend resultaat, maar de nieuwe meting biedt wel een beter inzicht in de eigenschappen van antimaterie. Een gewoon waterstofatoom bestaat uit een positief geladen proton met daaromheen een negatief geladen elektron. Een atoom van antiwaterstof bestaat uit de antideeltjes van proton en elektron: een negatief geladen antiproton, met daaromheen een positief geladen positron. De nieuwe metingen zijn verricht door het ALPHA-experiment in de Antiproton Decelerator van deeltjeslaboratorium CERN in Genève en vandaag gepubliceerd in Nature Communications. Hoewel iedereen verwachtte dat een antiwaterstofatoom net als een gewoon waterstofatoom elektrisch neutraal is, bestond daar toch geen honderd procent zekerheid over. Op de een of andere manier gedraagt antimaterie zich namelijk anders dan gewone materie, getuige het feit dat er in het huidige heelal alleen gewone materie voorkomt, terwijl er kort na de oerknal gelijke hoeveelheden materie en antimaterie moeten zijn ontstaan. Het raadsel van de verdwenen antimaterie is dan ook nog steeds niet opgelost. (GS)
→ CERN’s ALPHA experiment measures charge of antihydrogen (origineel persbericht)

13 mei 2014
Metingen aan de polarisatie van de kosmische achtergrondstraling, verricht met de POLARBEAR-telescoop in Chili, zijn in overeenstemming met de voorspellingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie, en ondersteunen het standaardmodel van de kosmologie, waarin het heelal voornamelijk bepaald wordt door donkere materie en donkere energie. POLARBEAR is een telescoop voor millimeterstraling op de ruim vijf kilometer hoge Chajnantor-vlakte in Chili. Hij doet onderzoek aan de kosmische achtergrondstraling - het afgekoelde en verdunde overblijfsel van de energetische straling uit de oerknalfase van het heelal. Die achtergrondstraling is enigszins gepolariseerd, en subtiele patronen in die polarisatie kunnen licht werpen op omstandigheden in de allereerste levensfasen van het heelal, zoals de BICEP2-telescoop op de Zuidpool in maart liet zien. Het Amerikaanse POLARBEAR-experiment verricht soortgelijke metingen, en heeft ook B-mode polarisatie in de kosmische achtergrondstraling gemeten. Alleen gaat het in dit geval om een patroon dat veroorzaakt wordt doordat de gepolariseerde kosmische achtergrondstraling onderhevig is aan de zwakke lenswerking van materie in het heelal: de zwaartekracht van de materie buigt de straling een piepklein beetje af. Uit de metingen, die in juni gepubliceerd worden in Physical Review Letters, kan de verdeling van donkere materie in het heelal worden afgeleid, alsmede de bijdrage van donkere energie. De resultaten blijken nauwkeurig in overeenstemming te zijn met het kosmologische standaardmodel. Daarnaast blijkt de sterkte van de lenswerking exact in overeenstemming te zijn met de voorspellingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie. In de toekomst hoopt het POLARBEAR-team uit de polarisatiemetingen ook de massa van het neutrino af te kunnen leiden - een elektrisch ongeladen en extreem licht elementair deeltje dat nauwelijks wisselwerking met andere deeltjes vertoont. (GS)
→ Radiation from Early Universe Found Key to Answer Major Questions in Physics (origineel persbericht)

7 mei 2014
Het Illustris-project, een samenwerkingsverband van Europese en Amerikaanse astronomen, heeft de eerste resultaten gepresenteerd van een nieuwe grote computersimulatie van de grootschalige structuur van het heelal en het ontstaan van sterrenstelsels (Nature, 8 mei). De simulatie begint slechts 12 miljoen jaar na de oerknal en laat zien hoe kosmisch gas en donkere materie zich in de loop van de miljarden jaren tot een ‘web’ van sterrenstelsels hebben georganiseerd. Bij de simulatie is met tal van fysische verschijnselen rekening gehouden. Niet alleen met de uitdijing van het heelal en de aantrekkingskracht die materie op zichzelf uitoefent, maar ook met kleinschaligere processen als de evolutie van sterren, de gevolgen van supernova-explosies en het ontstaan van zwaardere chemische elementen. Dat klinkt ingewikkeld, en dat is het ook. Niet voor niets heeft de simulatie ongeveer 16 miljoen uur rekentijd gekost, verdeeld over 8192 processors. Alles bij elkaar hebben de berekeningen, die eind 2013 werden afgerond, maanden in beslag genomen. Het nagebootste Illustris-heelal stemt veel beter overeen met het waargenomen heelal dan eerdere heelalsimulaties. Het vertoont een realistisch mengsel van spiraalvormige en elliptische sterrenstelsels, die ook nog eens de juiste chemische samenstelling hebben. Maar volmaakt is het resultaat nog niet: in het virtuele heelal komt de vorming van sterren in kleine sterrenstelsels eerder op gang dan in werkelijkheid lijkt te zijn gebeurd. (EE)
→ Astronomers Create First Realistic Virtual Universe

15 april 2014
De ‘vingerafdruk’ in de zwakke ‘echo’ van de oerknal die wordt toegeschreven aan rimpelingen in de ruimtetijd is mogelijk veroorzaakt door de restanten van een supernova-explosie. In het ergste geval zou dat de bejubelde ontdekking van vorige maand geheel onderuit halen. Maar het zou deze ook beter in overeenstemming kunnen brengen met andere waarnemingen. Op 17 maart jl. maakten astronomen bekend dat ze met behulp van de BICEP2-telescoop op Antarctica sporen hadden ontdekt in de kosmische achtergrondstraling die door zwaartekrachtsgolven in het pasgeboren heelal zouden zijn veroorzaakt. Sommige wetenschappers reageerden direct al kritisch op de ontdekking, die het doorslaggevende bewijs zou zijn voor de zogeheten inflatie-hypothese. In een nog niet gepubliceerd artikel opperen drie astronomen nu dat de polarisatiesignatuur die met BICEP2 is gedetecteerd niet – of niet helemaal – is veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven kort na de oerknal, maar door stofdeeltjes in de interstellaire ruimte van onze eigen Melkweg. Volgens de astronomen hebben de BICEP2-onderzoekers daar weliswaar rekening mee gehouden, maar de mogelijke bijdrage van ijzerhoudende deeltjes over het hoofd gezien. Zulke deeltjes zijn te vinden in de ijle, sterk uitgedijde restanten van supernova-explosies die lang geleden hebben plaatsgevonden. En een van de kolossale schillen van zo’n supernova blijkt dwars door het beeldveld van de BICEP2-telescoop te lopen. Onduidelijk is nog of dit het volledige BICEP2-resultaat onderuit kan halen. Het is ook denkbaar dat de bijdrage van de ijzerdeeltjes juist het verschil verklaart met de voorlopige resultaten van metingen met de Europese Planck-satelliet, die een veel zwakkere vingerafdruk van de zwaartekrachtsgolven laten zien. Het wachten is nu op de definitieve cijfers van Planck, die in oktober worden verwacht. (EE)
→ Star dust casts doubt on recent big bang wave result (New Scientist)

7 april 2014
Een kleine elf miljard jaar geleden, toen het heelal pas drie miljard jaar oud was, dijde het ruim drie keer zo snel uit als nu. Dat blijkt uit precisiemetingen aan de verdeling van intergalactische wolken van waterstofgas op grote afstanden, uitgevoerd in het kader van de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). BOSS is een project van de Sloan Digital Sky Survey III, die gebruik maakt van een telescoop in New Mexico. BOSS heeft precisiemetingen verricht aan 140.000 ver verwijderde quasars (sterrenstelsels met een zeer actieve, heldere kern). Het licht van die quasars passeert door intergalactische wolken van waterstofgas op verschillende afstanden langs de gezichtslijn. Hun afstand kan afgeleid worden uit de locatie van absorptielijnen die ze produceren in het spectrum van de quasar. De verdeling van waterstofwolken in het verre heelal vertoont een onderliggend patroon dat zijn oorsprong vindt in dichtheidsgolven in het pasgeboren heelal. Metingen aan dat patroon leveren informatie op over de evolutie van het heelal en over de uitdijingssnelheid in het verre verleden. Eerder zijn al soortgelijke BOSS-resultaten gepubliceerd aan sterrenstelsels tot op afstanden van zes miljard lichtjaar. De nieuwe resultaten, voor publicatie aangeboden aan Journal of Cosmology and Astroparticle Physics en Astronomy and Astrophysics, bestrijken een veel verder weg gelegen deel van het heelal. Uit de metingen blijkt dat het heelal op een roodverschuiving van 2,34 (overeenkomend met een terugkijktijd van 10,8 miljard jaar) een uitdijingssnelheid had van ca. 220 kilometer per seconde per megaparsec - ca. 3,25 maal zo hoog als de huidige waarde. Dat komt erop neer dat alle afstanden indertijd in 44 miljoen jaar met één procent toenamen. Volgens de onderzoekers heeft het resultaat een nauwkeurigheid van 2,2%. (GS)
→ Astronomers from the Sloan Digital Sky Survey Make the Most Precise Measurement Yet of the Expanding Universe (origineel persbericht)

17 maart 2014
Sterrenkundigen hebben bewijzen gevonden voor de inflatie-hypothese - een belangrijk onderdeel van de oerknaltheorie. Tevens zijn de sporen gevonden van zwaartekrachtsgolven - minieme trillingen in de ruimtetijd die bijna een eeuw geleden al voorspeld werden door Albert Einstein. Met de BICEP2-telescoop, een gevoelige radiotelescoop die waarnemingen doet op submillimeter-golflengten, is de polarisatie van de kosmische achtergrondstraling in detail bestudeerd. Die straling is de zwakke 'echo' van de oerknal. Bepaalde patronen in de polarisatie van deze straling wijzen op het bestaan van zwaartekrachtsgolven in het pasgeboren heelal. Die zijn op hun beurt opgewekt doordat de ruimte in de allereerste minieme fractie van een seconde na de geboorte van het heelal exponentieel snel uitdijde. De inflatiehypothese, die deze exponentiële uitdijingsfase beschrijft, werd in 1980 in het leven geroepen om bepaalde problemen met de 'klassieke' oerknaltheorie op te lossen. Direct bewijs was tot nu toe echter nooit gevonden. Ook voor het bestaan van zwaartekrachtsgolven beschikten sterrenkundigen tot nu toe slechts over indirecte aanwijzingen. De ontdekking van BICEP2 wordt alom gezien als Nobelprijswaardig. De afgelopen jaren is door vele teams jacht gemaakt op het moeilijk te detecteren polarisatiepatroon. De verwachting is dat andere telescopen (waaronder de Europese ruimtetelescoop Planck) de komende maanden met aanvullende en bevestigende waarnemingen komen. (GS)
→ First Direct Evidence of Cosmic Inflation (origineel persbericht)

10 februari 2014
Neutrino's - ongeladen spookdeeltjes die nauwelijks wisselwerking vertonen met gewone materie - hebben een uiterst geringe massa. Met die aanname wordt een probleem in de kosmologie opgelost, volgens theoretici van de Universiteit van Nottingham en de Universiteit van Manchester. De drie verschillende soorten neutrino's hebben volgens Adam Moss en Richard Battye een gezamenlijke massa van 0,32 elektronvolt. In het standaardmodel van de deeltjesfysica zijn neutrino's niet alleen ladingloos, maar ook massaloos. Er zijn echter eerder al indirecte aanwijzingen gevonden dat neutrino's toch een zeer geringe massa moeten hebben. Door een gezamenlijke massa van 0,32 elektronvolt aan te nemen, kunnen Moss en Battye verklaren waarom er in het heelal minder clusters van sterrenstelsels voorkomen dan je zou verwachten op basis van de metingen aan de kosmische achtergrondstraling, verricht door de Europese ruimtetelescoop Planck. Neutrino's-met-massa onderdrukken de vorming van groteschaalstructuren in het heelal enigszins. Door in de modellen een neutrinomassa van 0,32 elektronvolt aan te nemen, kunnen de metingen van Planck wél in overeenstemming gebracht worden met de waarnemingen aan de groteschaalstructuur van het huidige heelal, zo laten de twee theoretici zien in een artikel in Physical Review Letters. (GS)
→ Massive neutrinos solve a cosmological conundrum (origineel persbericht)

5 februari 2014
Nieuw onderzoek door wetenschappers van de universiteit van Tel Aviv (Israël) laat zien dat de zwarte gaten die ontstonden uit de eerste sterren in het heelal het gas in de ruimte later opwarmden dan gedacht. Dat betekent dat de tactiek die wordt gebruikt om het zogeheten reïonisatietijdperk te onderzoeken moet worden bijgesteld (Nature, 6 februari). Niet lang na de oerknal koelde het heelal voldoende af om elektronen en protonen tot waterstofatomen te verbinden. Hierdoor werd de ruimte ondoorzichtig voor ultraviolette en röntgenstraling. Het duurde honderden miljoenen jaren voordat de eerste sterren deze kosmische ‘mist’ wisten weg te werken door met hun ultraviolette straling het neutrale waterstofgas weer in protonen en elektronen te scheiden oftewel te reïoniseren. Tot nu toe gingen astronomen ervan uit dat dit reïonisatieproces gelijk op ging met de opwarming van het kosmische waterstofgas. Deze opwarming werd grotendeels veroorzaakt door de röntgenstraling van zwarte gaten die materie uit hun omgeving opslokten. Het nieuwe onderzoek, gebaseerd op waarnemingen van relatief nabije röntgendubbelsterren – dubbelsterren die bestaan uit een zwart gat en een normale ster – en computermodellen, wijst er echter op dat de opwarming van het kosmische oergas veel trager is gegaan. Volgens de modellen produceren röntgendubbelsterren meer ‘harde’ röntgenstraling, terwijl juist rekening was gehouden met een overschot aan ‘zachte’ (minder energierijke) röntgenstraling. Harde röntgenstraling kan grotere afstanden afleggen voordat het door het oergas wordt geabsorbeerd. Dat resulteert in een gelijkmatigere opwarming van het gas, maar tegelijkertijd zorgt de uitdijing van het heelal ervoor dat het gas als geheel minder energie opneemt. Kort gezegd betekent dit het gas al begon te ioniseren vóórdat het op zijn warmst was. Dat heeft belangrijke gevolgen voor het onderzoek van het reïonisatietijdperk, dat voornamelijk met radiotelescopen wordt gedaan (waaronder de grotendeels in Nederland gestationeerde LOFAR-telescoop). Die radiowaarnemingen concentreren zich vooral op fluctuaties in de intensiteit van de 21-cm straling die door neutrale waterstofatomen wordt uitgezonden. Volgens de Israëlische astronomen zouden deze waarnemingen wel eens heel wat lastiger kunnen zijn dan gehoopt: niet alleen zal het signaal van de 21-cm straling van het oergas sterker fluctueren, ook zal het gemiddeld zwakker zijn. (EE)
→ New Study Finds the Early Universe "Warmed Up" Later than Previously Believed

8 januari 2014
Astronomen die betrokken zijn bij de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) zijn erin geslaagd om de afstanden van sterrenstelsels tot op meer dan zes miljard lichtjaar van de aarde met een nauwkeurigheid van één procent te meten. De resultaten, die binnenkort worden gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, zijn vandaag gepresenteerd op de 223ste bijeenkomst van de American Astronomical Society in Washington, DC. Tot voor kort was een meetnauwkeurigheid van een procent voorbehouden aan relatief nabije objecten, zoals de planeten van ons zonnestelsel en sterren op afstanden van hooguit een paar duizend lichtjaar. Van veel objecten buiten onze Melkweg zijn wel afstanden gemeten, maar de indirecte methoden die daarbij zijn gebruikt zijn veel minder exact. Bij de BOSS-survey wordt gebruik gemaakt van de zogeheten baryonische akoestische oscillaties – subtiele regelmatige patronen in de verdeling van sterrenstelsels. Deze patronen zijn de ‘afdrukken’ van de drukgolven die zich in de begintijd van het heelal door de hete oersoep van lichtdeeltjes (fotonen) en kerndeeltjes (baryonen) voortplantten. De oorspronkelijke afmetingen van deze kosmische vingerafdrukken zijn onlangs gemeten door de Europese satelliet Planck, en hun huidige afmetingen – die ongeveer 500 miljoen lichtjaar bedragen – kunnen worden afgeleid uit de ruimtelijke verdeling van sterrenstelsels. De astronomen hebben tot nu toe de posities en afstanden van ruim 1,2 miljoen sterrenstelsels in kaart gebracht. Een deel van deze metingen is vorig jaar al gepresenteerd, maar de huidige dataset bestrijkt een gebied dat meer dan twee keer zo groot is en geeft daardoor een nauwkeuriger resultaat. In combinatie met recente metingen van de kosmische achtergrondstraling en van de afstanden van verre supernova-explosies wijzen de BOSS-metingen erop dat de donkere energie – de mysterieuze kracht die het heelal versneld laat uitdijen – in de loop van de miljarden jaren niet opvallend sterker of zwakker is geworden. Ook zijn de resultaten in overeenstemming met een heelal dat oneindig groot en geometrisch ‘vlak’ is. (EE)
→ A One-Percent Measure Of The Universe

30 oktober 2013
LUX, een nieuwe detector van donkere materiedeeltjes in een oude mijn in South Dakota (VS), heeft zijn eerste resultaten opgeleverd. Na drie maanden van metingen kan worden vastgesteld dat LUX de meest gevoelige detector in zijn soort is. Maar desalniettemin is hij er niet in geslaagd om een klasse van exotische deeltjes op te sporen die als belangrijke kandidaat voor de donkere materie worden gezien. Donkere materie heeft zich tot dusver alleen kenbaar gemaakt via de zwaartekracht die zij uitoefent op sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels. Licht of andere waarneembare vormen van straling zendt deze vorm van materie, die ongeveer 85 procent van alle massa in het heelal voor haar rekening neemt, niet uit. Waar de donkere materie uit bestaat is nog onbekend. Maar een belangrijke kandidaat zijn de WIMP’s – theoretische deeltjes die, afgezien van hun zwaartekrachtsaantrekking, maar zelden in interactie gaan met normale materie. Onlangs zijn met andersoortige detectors drie mogelijke detecties van WIMP’s gedaan. Omdat LUX vele malen gevoeliger is, bestond de hoop dat het aantal detecties nu veel groter zou zijn: gemiddeld één per tachtig minuten. Maar na drie maanden staat de teller nog op nul. De onderzoekers geven hun speurtocht echter nog niet op: het LUX-experiment gaat nog twee jaar door. En ondertussen wordt ook al gewerkt aan een opvolger, de LUX-ZEPLIN, die nog eens duizend keer zo gevoelig zal zijn. (EE)
→ First Results From LUX, The World's Most Sensitive Dark Matter Detector

1 oktober 2013
Met behulp van een telescoop op Antarctica en de Europese infraroodsatelliet Herschel zijn astronomen er voor het eerst in geslaagd om de subtiele afwijkingen in de kosmische achtergrondstraling te meten die ontstaan doordat deze door clusters van sterrenstelsels en donkere materie wordt afgebogen. De kosmische achtergrondstraling is het schamele overblijfsel van de intense straling die bij de oerknal vrijkwam en bevat informatie over de prille jeugd van het heelal. Door de kosmische achtergrondstraling nauwkeurig in kaart te brengen hebben astronomen ontdekt dat de materie in het heelal enkele honderdduizenden jaren na de oerknal niet gelijkmatig was verdeeld. Aangenomen wordt dat deze dichtheidsverschillen de aanzet zijn geweest tot het ontstaan van sterren en sterrenstelsels. Maar de kosmische achtergrondstraling bevat nog meer informatie. Een klein deel van deze radiostraling is gepolariseerd, wat wil zeggen dat de golven waaruit de straling bestaat niet willekeurig georiënteerd zijn, maar een zekere voorkeursrichting vertonen. De astronomen zijn er nu voor het eerst in geslaagd om de polarisatie in de kosmische achtergrondstraling te meten die ontstaat doordat dit ‘oerlicht’ onderweg grote concentratie van (donkere) materie tegenkomt – een verschijnsel dat het gravitatielenseffect wordt genoemd. De onderzoekers hopen dat ze op deze manier ook een ander type polarisatie kunnen opsporen waarvan de oorzaak ligt bij de zogeheten inflatiefase – de korte periode vlak na de oerknal waarin het heelal extreem snel in omvang toenam. (EE)
→ Herschel helps find elusive signals from the early Universe

3 september 2013
Samen met onderzoekers van 25 instituten in zes verschillende landen gaan Britse astronomen de komende vijf jaar op zoek naar de ware aard van de donkere energie in het heelal. Vandaag is de Dark Energy Survey officieel van start gegaan, die tot doel heeft de uitdijingsgeschiedenis van het heelal in kaart te brengen en op die manier te achterhalen waarom die kosmische uitdijing sinds een paar miljard jaar aan het versnellen is.Bij de Dark Energy Survey wordt gebruikt gemaakt van de Dark Energy Camera, een van de grootste digitale astronomische camera's ooit gebouwd, met 570 miljoen pixels. De lenzen van de camera zijn in het Verenigd Koninkrijk gemaakt. De camera is vorig jaar geïnstalleerd in het brandpunt van de 4-meter Blanco-telescoop op de internationale Cerro Tololo-sterrenwacht in Noord-Chili.In de komende vijf jaar zal de camera van een paar honderd miljoen sterrenstelsels tot op afstanden van ca. 8 miljard lichtjaar heel nauwkeurig vormen en kleuren vastleggen. Ook verwachten astronomen zo'n honderdduizend clusters van sterrenstelsels in kaart te brengen. Op basis van al die waarnemingen kan informatie worden verkregen over het ontstaan van de groteschaalstructuur van het heelal, en (indirect) over de ware aard van de donkere materie. (GS)
→ UK scientists begin 5 year quest to solve cosmic detective puzzle

12 augustus 2013
Eén van de grootste mysteries in de hedendaagse deeltjesfysica en kosmologie is waarom donkere energie, die volgens waarnemingen de energiedichtheid van het heelal domineert, toch maar een zeer kleine sterkte heeft (maar niet nul). Deze is zo klein, dat ze wel 120 orden van grootte kleiner is dan wordt verwacht op grond van fundamentele natuurkunde. De oplossing van dit 'probleem van de kosmologische constante' is tot op heden ongrijpbaar voor theoretisch fysici. Nu hebben twee natuurkundigen - Lawrence Krauss van Arizona State University en James Dent van University of Louisiana-Lafayette - gesuggereerd dat het onlangs ontdekte Higgs-boson wellicht een toegang biedt tot natuurkunde waarmee sommige eigenschappen van donkere energie verklaard kunnen worden. In hun artikel 'Higgs Seesaw Mechanism as a Source for Dark Energy' laten zij zien hoe een kleine koppeling tussen het Higgsdeeltje en mogelijke nieuwe deeltjes die verband houden met de zogeheten 'Grand Unified Scale' - de schaalgrootte 16 ordes van grootte kleiner dan het proton waarop de natuurkrachten met uitzondering van zwaartekracht samensmelten - aanleiding kunnen geven tot nog een achtergrondveld naast het Higgsveld. Dit zou precies de juist energiedichtheid geven in de lege ruimte zoals wordt waargenomen voor donkere energie. Hun artikel is op 9 augustus online gepubliceerd in Physical Review Letters. Donkere energie wordt genoemd als de oorzaak voor de versnelde uitdijing van het heelal. Tot op heden weten we eigenlijk niet wat de oorzaak is van dit energieveld, dat feitelijk niet rechtstreeks wordt gemeten, maar wel effect blijkt te hebben op de uitdijing van het heelal zoals wij die waarnemen. (Edwin Mathlener)
→ On the trail of dark energy: physicists propose Higgs boson 'portal' (origineel persbericht)

5 juni 2013
Een internationaal team van wetenschappers heeft vastgesteld dat de hoeveelheden lithium in oude sterren in overeenstemming zijn met de voorspellingen van de oerknaltheorie. Hier bestond twijfel over, omdat eerdere bepalingen erop leken te wijzen dat deze sterren beduidend meer lithium bevatten dan er kort na de oerknal in het heelal aanwezig zou zijn geweest. Volgens de oerknaltheorie bestond de materie die kort na de oerknal werd gevormd voor meer dan 99,99 procent uit waterstof en helium. Daarnaast ontstonden ook zeer kleine hoeveelheden lithium en beryllium. Oude sterren leken echter tweehonderd keer zoveel lithium-6 en en drie tot vijf keer zoveel lithium-7 te bevatten als de theorie voorspelt. Het onderzoeksteam heeft nu aangetoond dat deze afwijkende lithiumgehaltes werden veroorzaakt door een combinatie van te onnauwkeurige meetgegevens en vereenvoudigingen in de data-analyse. Waarnemingen van oude sterren met de 10-meter Keck-telescoop op Hawaï en geavanceerde computermodellen van steratmosferen hebben laten zien dat er geen tegenspraak is tussen het lithiumgehalte van de sterren en de voorspellingen van de oerknaltheorie. Het nauwkeurig meten van de hoeveelheden lithium in oude sterren is extreem moeilijk, vooral voor lithium-6, dat het minst voorkomt en dus een heel zwak signaal achterlaat in het spectrum van een ster. Doordat het instrument waarmee de metingen zijn gedaan onlangs flink gemoderniseerd is, konden nu veel nauwkeurigere spectra worden opgenomen dan daarvoor. (EE)
→ International Team on Keck Observatory Strengthens Big Bang Theory

13 mei 2013
Met PAPER (Precision Array to Probe the Epoch of Reionization), een netwerk van 64 eenvoudige radio-antennes in de Zuid-Afrikaanse Karoo-woestijn, zijn veelbelovende resultaten geboekt en gepubliceerd op het gebied van de kosmologie en het onderzoek aan sterrenstelsels. PAPER bevindt zich op de Afrikaanse locatie van de toekomstige Square Kilometre Array (SKA), een kolossaal observatorium voor laagfrequente radiostraling uit het heelal. Met PAPER zijn precisiemetingen verricht die nieuwe informatie opleveren over de allervroegste evolutie van het heelal, toen neutraal waterstofgas opnieuw geïoniseerd werd door de energierijke straling van de allereerste sterren en sterrenstelsels. Het onderzoek aan die Epoch of Reionization (EoR) is een van de grootste uitdagingen van de hedendaagse radioastronomie.PAPER heeft ook metingen verricht aan de radiostraling van de 'straalstromen' (jets) van het relatief nabijgelegen sterrenstelsel Centaurus A. De kwaliteit van de PAPER-waarnemingen maakt duidelijk dat de Karoo een ideale locatie is voor dergelijk onderzoek. Er zijn plannen om het aantal antennes van PAPER later dit jaar uit te breiden naar 128. (GS)
→ Ground-breaking science and spectacular cosmic images from the PAPER instrument in the Karoo (origineel persbericht)

15 april 2013
Amerikaanse natuurkundigen zeggen aanwijzingen gevonden te hebben voor de detectie van donkere materie in een ondergronds laboratorium. In een artikel dat gepubliceerd gaat worden in Physical Review Letters worden metingen beschreven die de afgelopen jaren gedaan zijn met het SuperCDMS-experiment (Super Cryogenic Dark Matter Search) in de Soudan-mijn in Minnesota. De onderzoekers claimen de detectie van drie 'events' die veroorzaakt zouden kunnen zijn door de extreem zeldzame wisselwerking van donkeremateriedeeltjes met siliciumatomen in de detector. Daarbij zou het gaan om weakly interacting massive particles (WIMPs) - een populaire kandidaat voor de donkere materie die ongeveer een kwart van de totale materie/energie-inhoud van het heelal vertegenwoordigt, maar waarvan de ware aard nog steeds een groot raadsel is. Er wordt nog wel een slag om de arm gehouden: de statistische significantie van de detectie is 99,8 procent (3-sigma); pas bij een 5-sigma-resultaat (99,9999 procent) wordt in de deeltjesfysica van een ontdekking gesproken. (GS)
→ Dark Matter Search Results Indicate First Hint of WIMP-like Signal (origineel persbericht)

3 april 2013
De deeltjesdetector Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) heeft een overvloed aan positronen in de kosmische straling uit het heelal gemeten. Zij kunnen afkomstig zijn van reacties van donkere materie. Deze bevindingen werden vandaag bekend gemaakt door het team van wetenschappers achter AMS.AMS, die aan de buitenkant van het internationale ruimtestation ISS is bevestigd, heeft sinds 2011 zo’n 25 miljard hoog energetische deeltjes uit de kosmos waargenomen. Daartussen zaten ongeveer 400.000 positronen, het positief geladen antideeltje van het elektron. De meting representeert de grootste hoeveelheid antimaterie die ooit is waargenomen in de ruimte.  Hoewel al zo’n 20 jaar duidelijk is dat er grote hoeveelheden positronen uit het heelal de aarde bereiken is niet precies bekend waar ze vandaan komen. Een theorie stelt dat ze afkomstig zijn van twee deeltjes donkere materie die met elkaar reageren. Daarbij komt een positron vrij. Als dat klopt, dan zou dat een prima manier zijn om donkere materie indirect te detecteren. Deze materie zou volgens de huidige inzichten wel vier tot vijf keer meer moeten voorkomen dan gewone materie, maar is nog nooit waargenomen. De positron-metingen van AMS laten geen variaties in de tijd zien. Ook lijkt er geen voorkeursrichting te zijn van waar de positronen vandaan komen. Dit ondersteunt de theorie dat de positronen afkomstig zijn van donkere materie, die gelijkmatig om ons heen verdeeld zou zijn.De wetenschappers laten weten dat AMS in de komende maanden definitief moet kunnen vaststellen of de positronen inderdaad afkomstig zijn van reacties tussen donkere materie. (Roel van der Heijden)
→ AMS experiment measures antimatter excess in space

21 maart 2013
Wetenschappers hebben vandaag de meest gedetailleerde kaart van de kosmische achtergrondstraling – de 'afgekoelde' straling van de oerknal – gepresenteerd die ooit is gemaakt. De kaart is gebaseerd op gegevens van de Europese satelliet Planck. De kosmische achtergrondstraling is ontstaan toen het heelal nog maar 380.000 jaar oud was. Tot dat moment was de ruimte gevuld met een dichte 'soep' van protonen, elektronen en fotonen (licht) met een temperatuur van ongeveer 2700 °C. Toen de protonen en elektronen zich tot waterstofatomen verenigden, kreeg het licht vrij baan. Door de uitdijing van het heelal zijn deze lichtgolven uitgerekt tot microgolfstraling met een bijbehorende temperatuur van 2,7 graden boven het absolute nulpunt: ruim 270 graden onder nul. De kosmische achtergrondstraling vertoont minimale temperatuurfluctuaties die het gevolg zijn van kleine dichtheidsverschillen in de kosmische 'oersoep'. Uit deze dichtheidsverschillen zijn later de sterren en sterrenstelsels voortgekomen. Tot zover het standaardmodel, dat voorspelt dat de materie in het heelal op grote schaal gezien homogeen is verdeeld en de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling in alle richtingen tot op 1/100.000 graad gelijk. Hoewel de nieuwe Planck-kaart in veel opzichten overeenkomt met wat astronomen op basis van dit standaardmodel verwachten, vertoont hij ook enkele subtiele kenmerken die daarvan afwijken. Een van de verrassende ontdekkingen is dat de fluctuaties in de kosmische achtergrondstraling op grote hoekschalen ongeveer tien procent zwakker zijn dan het standaardmodel voorspelt. Daarnaast heeft Planck twee eerdere ontdekkingen, gedaan door zijn Amerikaanse voorganger WMAP, bevestigt. De gemiddelde temperatuur van het zuidelijke halfrond van de hemel blijkt iets lager te zijn dan die van het noordelijk halfrond. En op één plek bevindt zich een opvallend grote koele plek waar nog geen goede verklaring voor is. Afgezien van deze afwijkingen zijn de Planck-gegevens echter in zeer goede overeenstemming met het nogal eenvoudige heelalmodel waar astronomen al decennialang gebruik van maken. Op basis van die gegevens kan worden geconcludeerd dat het heelal voor 4,9 procent uit normale materie (sterren, sterrenstelsels) bestaat en voor 26,8 procent uit donkere materie – materie die niet waarneembaar is, maar wel aantrekkingskracht uitoefent. Dat laatste getal ligt bijna drie procent hoger dan eerdere schattingen. Het aandeel donkere energie, de geheimzinnige kracht die het heelal steeds sneller doet uitdijen, is navenant lager: 68,3 procent in plaats van 71,4 procent. Ten slotte hebben de Planck-gegevens ook een nieuwe waarde opgeleverd voor de Hubble-constante, het getal dat aangeeft hoe snel het heelal op dit moment uitdijt. Dat blijkt 67,15 kilometer per seconde per megaparsec te zijn: drie procent minder dan de huidige standaardwaarde. Ook lijkt het heelal iets ouder te zijn dan eerdere schattingen lieten zien: 13,82 miljard jaar. (EE)
→ Planck reveals an almost perfect Universe

24 januari 2013
Het Amerikaanse ruimteagentschap NASA gaat officieel meedoen met de Europese ruimtemissie Euclid. Deze satelliet zal gaan onderzoeken wat donkere materie en donkere energie nu precies zijn. Euclid, die in 2020 wordt gelanceerd, wordt uitgerust met een 1,2-meter telescoop en twee wetenschappelijke instrumenten. Daarmee zullen de vorm, de helderheid en de ruimtelijke verdeling van twee miljard sterrenstelsels worden gemeten. Alles bij elkaar zal meer dan een derde van de complete hemel tot op een afstand van tien miljard lichtjaar in kaart worden gebracht.Die reusachtige klus moet meer inzicht geven in het toekomstige lot van het uitdijende heelal, en de rol die donkere materie en donkere energie daarbij spelen. Donkere materie is onzichtbaar, maar heeft wel zwaartekracht en remt de uitdijing van het heelal af. De nog mysterieuzere donkere energie lijkt de uitdijing van het heelal juist te versnellen. Samen nemen deze beide componenten meer dan 95 procent van alle kosmische massa en energie voor hun rekening. (De overige vijf procent bestaat uit 'normale' materie.)NASA zal twintig detectors leveren voor een van de meetinstrumenten van Euclid: de nabij-infrarood-spectrometer/fotometer NISP. De overige onderdelen van de satelliet zullen door het Europese ruimteagentschap ESA worden gebouwd. (EE)
→ NASA joins ESA’s ‘dark Universe’ mission

23 januari 2013
Astronomen uit Duitsland, Frankrijk, Zweden en Australië hebben met behulp van een Australische radiotelescoop gemeten welke temperatuur het heelal zeven miljard jaar geleden had. Daarbij hebben zij vastgesteld dat het heelal op dat moment precies zo 'warm' was als de oerknaltheorie voorspelt.Voor deze temperatuurmeting hebben de astronomen gekeken naar een gaswolk op 7,2 miljard lichtjaar van de aarde. Of beter gezegd: naar het licht van een nog verder weg staande quasar dat door die wolk is gegaan. Het gas heeft een 'vingerafdruk' in dat licht achtergelaten, door specifieke golflengten te absorberen. Uit die vingerafdruk kan worden afgeleid welke temperatuur het gas had. En omdat het enige wat het gas warm hield de kosmische achtergrondstraling was – de zwakke gloed die is overgebleven van de ziedend hete oerknal – volgt daaruit de temperatuur van het heelal op het moment dat een deel van het quasarlicht werd geabsorbeerd.Uit de meting blijkt dat het heelal 7,2 miljard jaar geleden een temperatuur van 5,08 kelvin had, oftewel 267,92 graden Celsius onder nul. Dat is heel koud, maar altijd nog ruim twee graden warmer dan de huidige kosmische temperatuur. (EE)
→ CSIRO telescope takes temperature of Universe

9 januari 2013
De 'donkere energie', die ervoor zorgt dat het heelal steeds sneller uitdijt, gedraagt zich op z'n Einsteins. Recente metingen van een fundamentele natuurconstante zetten de meeste alternatieve verklaringen buitenspel. Tot die conclusie komt de Amerikaanse astronoom Rodger Thompson.Ruim tien jaar geleden ontdekten astronomen dat de uitdijing van het heelal niet vertraagt of gelijk blijft – zoals verwacht – maar juist versnelt. Die versnelling kan worden verklaard door een 'kosmologische constante' in te voeren. Bijna een eeuw geleden deed Albert Einstein dat ook al eens deed, omdat hij dacht dat het heelal stationair en onveranderlijk was (ten onrechte naar later bleek).Die kosmologische constante kent een energiedichtheid toe aan de lege ruimte. Maar er zijn ook andere verklaringen voor de versnellende uitdijing van het heelal mogelijk, en die zijn de afgelopen jaren dan ook volop bedacht.Thompson heeft de populairste alternatieve theorie nu tegen het licht gehouden. Hij berekende wat deze theorie voor gevolgen zou hebben voor het quotiënt van de massa van het proton en de massa van het elektron – een getal waarvan de grootte wordt bepaald door de heersende wetten van de natuurkunde.Het alternatieve model voor de versnellende uitdijing voorspelt dat fundamentele natuurconstanten als deze in loop van de miljarden jaren een klein beetje veranderen. Tot nu toe waren astronomische instrumenten echter niet krachtig genoeg om de gevolgen van zo'n verandering te meten.Vorige maand stelden Europese astronomen echter vast dat het quotiënt van de massa van het proton en de massa van het elektron in een sterrenstelsel op zeven miljard lichtjaar precies even groot was als hier op aarde. De afgelopen zeven miljard jaar lijkt die natuurconstante dus niet of hooguit uiterst weinig te zijn veranderd.Volgens Thompson kan daarmee een streep worden gezet door bijna alle plausibele alternatieve modellen voor de donkere energie. De versnellende uitdijing van het heelal lijkt te worden veroorzaakt door 'iets' dat de fundamentele natuurconstanten ongemoeid laat. (EE)
→ Dark Energy Alternatives to Einstein Are Running Out of Room

9 januari 2013
De onderliggende structuur van het heelal lijkt waarschijnlijk meer op whisky dan op bier. Tot die conclusie komen wetenschappers van Michigan Technological University na analyse van welgeteld drie fotonen gammastraling van verschillende golflengten die in mei 2009 door de NASA-satelliet Fermi zijn gedetecteerd.Volgens sommige theorieën is het weefsel van ruimte en tijd – het vierdimensionale 'geraamte' van ons heelal – niet volmaakt glad, maar schuimig. Het zou zijn opgebouwd uit 'belletjes' die een biljoen maal een biljoen keer zo klein zijn als de middellijn van een waterstofatoom. Die ultrakleine belletjes kunnen we hoe dan ook niet rechtstreeks waarnemen. Maar hun bestaan zou wel indirect kunnen worden afgeleid uit het gedrag van gammafotonen – extreem energierijke 'lichtdeeltjes – die een lange weg hebben afgelegd. Fotonen van verschillende golflengten zouden namelijk verschillend op het kosmische schuim reageren, net zoals een bowlingbal op een andere manier een hobbelige heuvel af rolt dan een pingpongbal of een tennisbal. De fotonen die Fermi in 2009 opving, waren afkomstig van een 'gammaflits' – het gevolg van de explosie van een zeer zware ster – die zich afspeelde in een sterrenstelsel op ongeveer 7 miljard lichtjaar van de aarde. Na een reis van evenzovele jaren kwamen de fotonen binnen een milliseconde van elkaar bij de satelliet aan.Dat laatste wijst erop dat de 'ruimtetijd' niet erg schuimig kan zijn. Anders zouden de drie fotonen, die verschillende golflengten hadden, niet zo kort na elkaar de finish hebben bereikt. (EE)
→ Spacetime: A Smoother Brew Than We Knew

21 december 2012
Alle meetresultaten die de satelliet WMAP tussen 2001 en 2010 heeft verzameld zijn nu verwerkt. Ter gelegenheid daarvan hebben wetenschappers een nieuwe detailrijke 'babyfoto' van het heelal gepresenteerd.WMAP was een satelliet die de kosmische achtergrondstraling in kaart bracht, het 'afgekoelde' restant van de extreem energierijke straling die het heelal kort na zijn ontstaan vulde. Door de uitdijing van het heelal is de golflengte van deze straling ongeveer duizend keer zo groot geworden en verandert in microgolfstraling.Door heel nauwkeurig de verdeling van dit 'oerlicht' te meten, kunnen de kleine temperatuursverschillen in kaart worden gebracht zoals die ongeveer 375.000 jaar na het ontstaan van het heelal bestonden. Deze minimale fluctuaties worden in verband gebracht met de 'klonterigheid' van de kosmische materie, die uiteindelijk heeft geleid tot de vorming van clusters en superclusters van sterrenstelsels.WMAP heeft die klonterigheid nauwkeuriger onderzocht dan ooit tevoren. De meetresultaten laten onder meer zien dat het heelal 13,77 miljard geleden is ontstaan uit een zeer compacte, hete toestand (doorgaans 'oerknal' genoemd), en vervolgens is uitgedijd en afgekoeld. Ook kan uit de WMAP-resultaten worden afgeleid dat de eerste sterren begonnen te stralen toen het heelal ongeveer 400 miljoen jaar oud was. De James Webb Space Telescope, die zoals het er nu naar uitziet in 2018 wordt gelanceerd, is speciaal ontworpen om deze voorspelling te toetsen. (EE)
→ WMAP Team Releases Final Results, Based on Nine Years of Observations

13 december 2012
Een proton weegt 1836,152672 maal zo veel als een elektron. En aan deze verhouding is al minstens zeven miljard jaar niets veranderd. Dat volgt uit radio-astronomisch onderzoek van methanolmoleculen in een ver sterrenstelsel, waaraan onder meer wetenschappers van de Vrije Universiteit Amsterdam hebben meegedaan (Science Express, 13 december).Het idee voor het onderzoek ontstond toen de wetenschappers erachter kwamen dat de structuur van het methanolmolecuul (CH3OH, de eenvoudigste vorm van alcohol) uiterst gevoelig is voor kleine veranderingen van de massaverhouding tussen het proton en het elektron – een belangrijke natuurconstante. Door zulke moleculen op te sporen in een ver sterrenstelsel zou dus onderzocht kunnen worden of de natuurconstante de afgelopen miljarden jaren inderdaad gelijk gebleven is.Zo gezegd, zo gedaan. Als doelwit werd gekozen voor het object PKS1830-211, een verre quasar die precies achter een onwaarneembaar zwak spiraalstelsel staat. Door de zwaartekracht van dat voorgrondstelsel wordt straling van de quasar op zo'n manier afgebogen dat er een dubbele afbeelding van de quasar te zien is. Tegelijkertijd absorbeert het gas dat in het spiraalstelsel aanwezig is bepaalde golflengten uit die straling. Eerdere waarnemingen hadden al laten zien dat het voorgrondstelsel absorptie veroorzaakt op enkele golflengten die karakteristiek zijn voor methanol. Met behulp van de grote radioschotel in het Duitse Effelsberg zijn nu nog eens vier van die absorptielijnen van methanol ontdekt. De roodverschuiving die deze lijnen ten gevolge van de uitdijing van het heelal vertonen, geeft aan dat het absorberende spiraalstelsel zich op een afstand van zeven miljard lichtjaar bevindt. Anders gezegd: de waargenomen absorptie heeft zeven miljard jaar geleden plaatsgevonden.Uit precieze metingen van de geabsorbeerde radiostraling hebben de astronomen nu vervolgens kunnen afleiden dat de massaverhouding tussen het proton en het elektron de afgelopen zeven miljard jaar niet of nauwelijks is veranderd. Als er al sprake is van een verandering, dan bedraagt deze niet meer dan een honderdduizendste procent. Dat betekent dat de moleculaire structuur van de materie al minstens zeven miljard jaar geen wezenlijke veranderingen vertoont. (EE)
→ Moleculaire materie in zeven miljard jaar geen spat veranderd

5 december 2012
Met behulp van het licht van de verst bekende quasar – de heldere kern van een actief sterrenstelsel – is het Amerikaanse astronomen gelukt om de chemische samenstelling van het prille heelal te bepalen. Uit hun onderzoek blijkt dat het kosmische gas 750 miljoen jaar na de oerknal weinig of geen zware elementen bevatte. Dat wijst erop dat er toen nog niet veel sterren bestonden (Nature, 6 december).Astronomen kunnen terug in de tijd kijken door het licht van verre objecten te analyseren. En in bijna alle gevallen vertonen die objecten sporen van elementen die zwaarder zijn dan de elementen waterstof en helium. Volgens de huidige inzichten bestonden die zware elementen kort na de oerknal nog niet: daar waren sterren voor nodig. Maar wanneer verschenen die op het toneel? Onderzoek van het licht van de extreem verre quasar ULAS J1120 laat zien dat het ontstaan van sterren niet eerder dan ongeveer 13 miljard jaar geleden op gang kan zijn gekomen. Het licht van de quasar, dat er iets meer dan 13 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken, vertoont namelijk geen 'vingerafdrukken' van zware elementen. Dat betekent dat het gas rond de quasar vrijwel geheel uit waterstof en helium moet bestaan. (EE)
→ When the first stars blinked on

13 november 2012
Vrijwel alle astronomen zijn het er over eens dat het universum steeds sneller uitdijt. Maar dat was niet altijd zo. Voor het eerst is nu de snelheid van het uitdijende heelal bepaald vóór de periode dat deze begon te accelereren.Het blijkt dat de uitdijing van het universum drie miljard jaar na de oerknal in een fase zat waarin het langzaam werd afgeremd. Dat duurde tot het universum ongeveer acht miljard jaar oud was, en de uitdijing weer begon te versnellen.Voor de bepaling van de acceleratie keken de wetenschappers verbonden aan de Sloan Digital Sky Survey III naar de massa-verdeling van het jonge universum. Aan de hand van het licht van extreem verre en heldere radiobronnen (zogenoemde quasars) was het mogelijk een kaart te maken van het vroege universum.De verklaring voor de respectievelijke afremming en versnelling van de uitdijing zit hem in de verschillende krachten die aan het werk zijn in het heelal. Aan de ene kant is er de zwaartekracht die alle massa naar elkaar toe probeert te trekken. Donkere energie – waarvan nog niemand eigenlijk weet wat het is – zou alles uit elkaar drijven. In de eerste miljarden jaren van het universum kon de zwaartekracht de uitdijing van het heelal nog afremmen, maar in het huidige universum domineert de donkere energie. (Roel van der Heijden)
→ Astronomers measure the Universe's deceleration before dark energy took over

3 oktober 2012
Met de Spitzer-ruimtetelescoop is het astronomen gelukt om de uitdijing van het universum preciezer te bepalen dan ooit te voren. Het blijkt dat de uitdijing iets sneller gaat dan werd gedacht: elke megaparsec aan ruimte (ongeveer 3 miljoen lichtjaar) wordt per seconde 74,3 kilometer langer.Hoewel dat slechts marginaal sneller is dan de oude waarde van 74,2 is het astronomen wel gelukt de onzekerheid in dit getal te verkleinen van 3,6 naar 2,1. Een behoorlijke verbetering, aldus kosmologen.Deze precisie is mogelijk doordat de Spitzer-telescoop in het infrarode spectrum dwars door kosmische stofwolken heen kan kijken. Op die manier kon de afstand tot tien zogenoemde cepheïde-sterren met grote nauwkeurigheid worden bepaald.De bepaling van de uitdijingssnelheid van het universum vindt plaats aan de hand van deze cepheïden. Bijzonder is dat zo’n ster met een vaste regelmaat pulseert. Het tempo waarin die pulsen voorkomen is bovendien direct gekoppeld aan de gemiddelde helderheid van de ster. Door de waargenomen helderheid te vergelijken met de helderheid die het op basis van het pulstempo zou moeten hebben, kunnen astronomen de afstand tot de cepheïde bepalen. Over de loop van meerdere afstandsbepalingen kan vervolgens de uitdijing van het universum worden berekend. (Roel van der Heijden)
→ Expansion of Space Measurement Improved

17 september 2012
De Dark Energy Camera op de 4-meter Blanco-telescoop op het Cerro Tololo Inter-american Observatory in Chili heeft afgelopen week de eerste opnamen van de sterrenhemel gemaakt. De 570 megapixel-camera, zo groot als een telefooncel, gaat vanaf december 2012 gebruikt worden voor het vervaardigen van een driedimensionale kaart van de verdeling v an ca. 300 miljoen sterrenstelsels en 100.000 clusters van sterrenstelsels. Tevens zullen tijdens deze Dark Energy Survey naar verwachting zo'n 4000 supernova-explosies worden gedetecteerd. Uit de meetresultaten hopen sterrenkundigen meer inzicht te verkrijgen in de ware aard van de mysterieuze donkere energie, die de oorzaak is van de versnellende uitdijing van het heelal. De Dark Energy Camera is een Amerikaans-Brits project, geleid door het natuurkundelaboratorium Fermilab in Chicago.
Meer informatie:
Origineel persbericht
Dark Energy Survey
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

12 september 2012
De donkere energie, de mysterieuze kracht die het heelal steeds sneller doet uitdijen, bestaat echt. Dat concluderen astronomen uit Engeland en Duitsland na twee jaar onderzoek. Dat het heelal versneld uitdijt, is ontdekt in 1998. Sindsdien is duidelijk geworden dat bijna driekwart van de totale hoeveelheid massa en energie in het heelal voor rekening komt van 'iets' dat bij gebrek aan beter maar donkere energie is genoemd. Dat die donkere energie echt bestaat, volgt nu uit onderzoek van het zogeheten Sachs-Wolfe-effect. Dat effect, in 1967 voorspeld door Rainer Sachs en Arthur Wolfe, zorgt ervoor dat de kosmische achtergrondstraling - de overgebleven warmtestraling van de oerknal - een beetje 'blauwer' oftewel energierijker wordt als zij het zwaartekrachtsveld van een grote materieconcentratie passeert. Deze kleine veranderingen in de energie van het licht zouden meetbaar zijn door de temperatuurverdeling van de achtergrondstraling nauwkeurig te vergelijken met de verdeling van sterrenstelsels in het lokale heelal. In een heelal zonder donkere energie zouden deze verdelingen geen enkele overeenkomst moeten vertonen. Maar al in 2003 bleek er wel degelijk een kleine correlatie tussen beide te bestaan. Toen kon echter nog niet met zekerheid worden vastgesteld dat het waargenomen effect geen andere oorzaak had. Het nieuwe onderzoek, waarvan de resultaten in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society zijn gepubliceerd, laat echter weinig ruimte meer voor twijfel. Volgens de astronomen is het voor meer dan 99,99 procent zeker dat de warmere plekken in de kosmische achtergrondstraling door donkere energie worden veroorzaakt.
Meer informatie:
Dark energy is real, say astronomers

4 september 2012
De allereerste zware sterrenstelsels in het heelal ontstonden in zeer korte tijd. Dat concluderen onderzoekers op basis van metingen van de 10-meter South Pole Telescope, een instrument voor millimeterstraling op de geografische zuidpool. De straling van die jonge, actieve sterrenstelsels was energierijk genoeg om het neutrale waterstofgas in de intergalactische ruimte te ioniseren. De wijze waarop dat reïonisatieproces zich precies voltrok is van groot belang voor een beter begrip van de allervroegste evolutie van het heelal. In een artikel in The Astrophysical Journal stellen de astronomen, van de University of California in Berkeley, dat het reïonisatietijdperk begon toen het heelal ca. 250 miljoen jaar oud was en dat het zo'n 500 miljoen jaar later alweer achter de rug was, ofwel ca. 13 miljard jaar geleden. Eerdere schattingen leken te wijzen op een duur van het reïonisatietijdperk van ca. 750 miljoen jaar, terwijl er veel onzekerheid bestond over het moment waarop de reïonisatie begon. Om tot hun conclusies te komen combineerden de onderzoekers de metingen van de South Pole Telescope met die van de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), een kunstmaan die eveneens waarnemingen heeft verricht aan de kosmische achtergrondstraling. In de toekomst zullen ook de waarnemingen van de Europese Herschel-satelliet bij de analyse worden betrokken.
Meer informatie:
Explosion of galaxy formation lit up early universe
Vakpublicatie over het onderzoek
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

21 augustus 2012
De structuur van het heelal wordt gekenmerkt door inhomogeniteiten: sterrenstelsels zijn gegroepeerd in groepen en clusters; clusters weer in superclusters, etc. Een groot onderzoeksproject, verricht met Australische telescopen, heeft nu echter laten zien dat het heelal op een schaal van meer dan 350 miljoen lichtjaar echt homogeen is - precies zoals voorspeld wordt door de huidige theorieën over de opbouw en de evolutie van het heelal. Voor het project, WiggleZ geheten, zijn de ruimtelijke posities gemeten van ca. 200.000 sterrenstelsels, verdeeld over een gebied met een volume van zo'n drie miljard kubieke lichtjaar. De onderzoeksresultaten worden gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Meer informatie:
Persbericht International Centre for Radio Astronomy Research
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

15 augustus 2012
In het hart van de Phoenix-cluster, een recent ontdekte kolossale verzameling sterrenstelsels, ontstaan in hoog tempo nieuwe sterren. Daarmee voldoet hij aan de theoretische verwachting dat in clusters afkoelend gas naar het centrum stroomt, waaruit uiteindelijk veel sterren kunnen ontstaan (Nature, 16 augustus). De ongeveer 6 miljard lichtjaar verre Phoenix-cluster, die officieel SPT-CLJ2344-4243 'heet', werd in 2010 ontdekt met een radiotelescoop op Antarctica. Pas nadat ook allerlei andere telescopen op de cluster werden gericht, bleek dat zich in het centrum ervan een bizar sterrenstelsel bevindt - een helderblauw stelsel waarin jaarlijks honderden nieuwe sterren worden geboren. In dat opzicht onderscheidt het centrale stelsel zich van de nogal lusteloze centrale stelsels van andere clusters, die vrijwel geheel uit oude sterren bestaan. Er bestaat in principe een verklaring voor het gedrag van de Phoenix-cluster. Het gas in het hart van de cluster, uitgestoten door de actieve kernen van sterrenstelsels en supernova-explosies, zal vanzelf afkoelen en naar het clustercentrum toe 'vallen'. Hierdoor wordt het daar aanwezige stelsel van nieuwe 'grondstoffen' voor de vorming van sterren voorzien. Onduidelijk is echter waarom geen enkele andere grote cluster ditzelfde gedrag vertoont. Een mogelijke verklaring zou kunnen zijn dat de toestroom van gas naar het clustercentrum vaak wordt onderbroken, doordat het gas weer wordt opgewarmd. Dat zou bijvoorbeeld kunnen gebeuren als zich in de kern van het centrale stelsel een superzwaar zwart gat bevindt, die grote hoeveelheden energierijke deeltjes de ruimte in blaast. Als deze verklaring juist is, doet het zwarte gat in het centrale stelsel van de Phoenix-cluster het blijkbaar rustig aan.
Meer informatie:
Astronomers Reassured by Record-breaking Star Formation in Huge Galaxy Cluster
Phoenix Cluster Sets Record Pace at Forming Stars
Most Massive And Luminous Galaxy Cluster Identified
South Pole Telescope Discovers a Galaxy Cluster Creating Stars at a Record Pace

15 augustus 2012
Astronomen uit Duitsland en de VS hebben een nieuw computermodel gemaakt dat het ontstaan en de evolutie van duizenden sterrenstelsels kan nabootsen. Voor het eerst is het daarbij gelukt om het door ons waargenomen heelal nauwkeurig te reproduceren. Onze kosmische omgeving wemelt van de grote spiraalstelsels - soortgenoten van onze Melkweg, zoals het Andromedastelsel of het Draaikolkstelsel. Met eerdere computersimulaties lukte het niet goed om deze populatie van spiraalstelsel na te bootsen. In plaats daarvan leverden de modellen grote aantallen bolvormige stelsels af, zonder schijf of spiraalarmen. Het nieuwe model, Arepo geheten, lost dat probleem op. Eerdere simulaties deelden de ruimte op in kubussen van vaste grootte. In plaats daarvan maakt Arepo bij zijn berekeningen gebruik van een flexibel raster, wat een veel realistischer resultaat oplevert. Met de waargenomen restgloed van de oerknal als uitgangspunt is het met Arepo gelukt om de 14 miljard jaar durende evolutie van een stukje heelal in een paar maanden door te rekenen. Uiteindelijk willen de astronomen een nog veel groter deel van het heelal nabootsen.
Meer informatie:
Recreating a Slice of the Universe
Moving Mesh Cosmology

24 juli 2012
Het Xenon100-instrument, een gevoelige ondergrondse detector in het Italiaanse San Grasso National Laboratory, heeft tot nu toe geen aanwijzingen gevonden voor het bestaan van donkere materie. Dat het heelal met mysterieuze donkere materie gevuld moet zijn, blijkt uit zwaartekrachts- en snelheidsmetingen van sterren en sterrenstelsels. Volgens deeltjesfysici en kosmologen bestaat de donkere materie vermoedelijk uit zogeheten WIMPs: weakly interacting massive particles. Zulke zware deeltjes zouden echter héél af en toe toch een interactie met gewone materie te zien moeten geven. De Xenon100-detector is ontworpen om zulke WIMP-interacties te registeren. Tot nu toe echter zonder succes, zo meldden de onderzoekers vorige week op een congres over donkere materie in Ascona, Zwitserland. Dat zou kunnen betekenen dat de WIMPs lichter zijn dan tot dusver werd aangenomen, of dat ze toch nog minder vaak in wisselwerking treden met gewone materie.
Weblog op www.newscientist.com
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

20 juni 2012
Wetenschappers hebben een nieuwe manier ontdekt om sporen te detecteren van de eerste sterren in het heelal. Tot voor kort werd deze detectie voor onmogelijk gehouden, maar recente computersimulaties bieden nieuwe hoop (Nature, 21 juni). Volgens de huidige inzichten is het heelal ontstaan uit een oerknal die ongeveer 13,7 miljard jaar geleden plaatsvond. Kort daarna was de ruimte min of meer gelijkmatig gevuld met heet gas, waaruit ruwweg honderd miljoen jaar later de eerste sterren ontstonden. Het precieze moment waarop deze eerste sterren geboren werden, laat zich moeilijk vaststellen, omdat hun zwakke straling wordt gemaskeerd door de voorgrondstraling van ons eigen Melkwegstelsel en nabije buurstelsels. Rechtstreekse waarneming van die sterren is dus niet mogelijk. De nieuwe computersimulaties laten echter zien dat de eerste stergeneraties een soort vingerafdrukken van radiostraling aan de hemel kunnen hebben achtergelaten die wel eens duidelijker zouden kunnen zijn dan verwacht. De eerste sterren ontstonden toen gaswolken samenklonterden - niet alleen ten gevolge van hun eigen zwaartekracht, maar ook door die van de zogeheten donkere materie, een onwaarneembare substantie die tachtig procent van de materie in het heelal voor haar rekening neemt. Donkere materie is bijna letterlijk ongrijpbaar, wat onder meer inhoudt dat er vrijwel geen interacties plaatsvinden tussen donkeremateriedeeltjes en lichtdeeltjes. Omdat botsingen met lichtdeeltjes wél bijdragen aan de snelheden van normale materiedeeltjes, ontstond er al vroeg in de kosmische geschiedenis een snelheidsverschil tussen beide soorten materiedeeltjes. En daardoor klonterde het hete gas in het heelal waarschijnlijk minder snel en op minder plaatsen tot sterren samen dan tot nu toe werd gedacht. Rekening houdend met dit effect, laten de computersimulaties zien dat de straling van de eerste sterren hierdoor een waarneembaar patroon zou moeten vertonen, dat waarneembaar zou kunnen zijn met de komende generatie van radiotelescopen.
Meer informatie:
Cosmic Web of the First Stars unveiled at Liverpool Conference
The signature of the first stars in atomic hydrogen at redshift 20

22 mei 2012
Berekeningen door Harvard-wetenschapper Avi Loeb laten zien dat de beste tijd om het heelal te bestuderen meer dan dertien miljard jaar achter ons ligt. Vijfhonderd miljoen jaar na de oerknal waren de omstandigheden voor de nieuwsgierige wetenschapper het best. Vanaf dat moment is steeds meer informatie verloren geraakt. Het huidige heelal, met al zijn sterrenstelsels en clusters, is 13,7 miljard jaar oud. Die grote structuren zijn begonnen als kleine rimpelingen in de materieverdeling kort na de oerknal, toen het heelal veel kleiner was dan nu. Door naar de huidige kosmische structuren te kijken, kunnen we nog veel te weten komen over de beginomstandigheden in het heelal. Maar niet zo veel als dertien miljard jaar geleden. Dat komt door een combinatie van twee factoren, die elkaar tegenwerken. Gunstig is dat met het verstrijken van de tijd het licht van steeds verder weg gelegen delen van het heelal bij ons aankomt. Daar staat tegenover dat de kosmische materie mettertijd steeds meer is gaan samenklonteren tot sterrenstelsels en clusters. Hierdoor vertroebelt het zicht op de kleinschalige onregelmatigheden in de materieverdeling, waaruit deze grote structuren zijn ontstaan. De berekeningen van Loeb laten zien dat 500 miljoen jaar na de oerknal het beste moment was om deze kosmische rimpelingen te bestuderen. Dat is niet toevallig het tijdperk waarin de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden: zij waren immers de oorzaak van de latere 'vertroebeling'. De informatie uit die tijd is overigens nog niet helemaal verloren geraakt. De radiostraling die waterstofgas - het belangrijkste bouwmateriaal van sterren - destijds uitzond is in principe waarneembaar met de komende generatie van geavanceerde radiotelescopen.
Meer informatie:
The Older We Get, The Less We Know (Cosmologically)
Vakpublicatie (pdf)

3 april 2012
Het raadsel van de donkere materie in het heelal lijkt steeds groter te worden. De aanwezigheid van grote hoeveelheden donkere materie wordt afgeleid uit de waargenomen zwaartekrachtseffecten, maar niemand weet waar de mysterieuze donkere materie uit bestaat. Een populaire kandidaat is een tot dusver onbekend elementair deeltje, dat tot de WIMP-categorie zou behoren ( weakly interacting massive particle ). Nieuwe resultaten van de Amerikaanse Fermi-ruimtetelescoop laten echter geen spoor van zulke deeltjes zien. Fermi heeft de gammastraling bestudeerd van tien kleine dwergsterrenstelsels in de omgeving van ons eigen Melkwegstelsel. Dwergstelsels bevatten veel donkere materie. Als die uit WIMPs bestaat, moeten de donkeremateriedeeltjes elkaar regelmatig annihileren, waarbij energierijke gammastraling wordt geproduceerd. Die is echter niet gevonden. Op basis van de Fermi-resultaten kunnen veel potentiële WIMP-kandidaten dan ook worden uitgesloten. De resultaten van het onderzoek zijn eind vorig jaar al gepubliceerd in Physical Review Letters , en worden vandaag gepresenteerd op het congres van de American Physical Society in Atlanta.
Meer informatie:
Fermi Observations of Dwarf Galaxies Provide New Insights on Dark Matter
Fermi Gamma-ray Space Telescope
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

1 april 2012
Metingen van de 10-meter South Pole Telescope op Antarctica leveren belangrijke nieuwe inzichten op over de evolutie en samenstelling van het heelal. Met de telescoop - een soort radioschotel - wordt de kosmische achtergrondstraling bestudeerd - het afgekoelde overblijfsel van de energierijke straling die kort na de oerknal vrijkwam. Clusters van sterrenstelsels veroorzaken een soort 'schaduwen' in deze achtergrondstraling; op die manier zijn met de South Pole Telescope al honderden tot dusver onbekende verre clusters ontdekt. Door op verschillende afstanden de verdeling van clusters in de ruimte te bestuderen, kan informatie worden afgeleid over onder andere de mysterieuze donkere energie in het heelal en de massa van het neutrino. Op het congres van de American Physical Society in Atlanta zijn nu resultaten gepresenteerd op basis van metingen aan slechts honderd clusters. Die blijken al een sterke bevestiging te vormen voor het idee dat de donkere energie een onveranderlijke eigenschap is van de lege ruimte, vergelijkbaar met de befaamde kosmologische constante die ooit door Albert Einstein werd geïntroduceerd. Ook is op basis van de nieuwe resultaten een bovengrens afgeleid voor de massa van het neutrino, die goed overeenstemt met metingen in deeltjeslaboratoria. De onderzoekers verwachten dat er nog veel stringentere conclusies getrokken kunnen worden als t.z.t. alle waarnemingen geanalyseerd zijn.
Meer informatie:
New Cosmological Insights from the South Pole Telescope
South Pole Telescope
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

30 maart 2012
Met een telescoop in New Mexico zijn precisiemetingen verricht aan de mysterieuze donkere energie van de lege ruimte, die verantwoordelijk gehouden wordt voor de versnellende uitdijing van het heelal. De ontdekking van die versnellende uitdijing, in 1998, leverde in 2011 de Nobelprijs Natuurkunde op. In de afgelopen zes jaar is van ruim een miljoen sterrenstelsels in het heelal, tot op afstanden van zo'n zes miljard lichtjaar, de positie en de afstand gemeten met de 3,5-meter telescoop van de Sloan Digital Sky Survey. Op die manier kon de driedimensionale verdeling van de sterrenstelsels worden vastgelegd. Die ruimtelijke verdeling bevat een soort 'vingerafdruk' van de omstandigheden die kort na de geboorte van het heelal heersten, zoals de relatieve hoeveelheden zichtbare materie, donkere materie en donkere energie. Vandaag worden op de Brits/Duitse National Astronomy Meeting in Manchester de resultaten gepresenteerd van de eerste anderhalf jaar van dit BOSS-programma, met informatie over een kwart miljoen sterrenstelsels. Details zijn te vinden in zes vakpublicaties die vandaag gepubliceerd worden op internet. De precisiemetingen laten zien dat er kort na de oerknal een soort 'dichtheidsgolven' in het heelal zijn geweest, met als resultaat dat de huidige verdeling van sterrenstelsels en clusters niet volstrekt willekeurig is, maar een voorkeur vertoont voor een afstandsschaal van ca. 500 miljoen lichtjaar. De resultaten van het BOSS-programma zijn goed in overeenstemming met eerdere waarnemingen, maar ze reiken tot veel grotere afstanden in het heelal. Op die afstanden kijken sterrenkundigen terug tot het moment waarop de invloed van de donkere energie op de uitdijing van het heelal groter begon te worden dan de invloed van de zwaartekracht - anders gezegd: de periode waarin de uitdijing van het heelal begon te versnellen.
Sloan Digital Sky Survey
BOSS
Vakpublicatie over het onderzoek
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

27 februari 2012
Kosmologen gaan er vanuit dat er in de allereerste levensfase van het heelal een korte periode van exponentiële versnelling plaatsvond. Die zogeheten inflatiehypothese verklaart een aantal eigenschappen van het heelal die zónder inflatie niet begrepen kunnen worden. De inflatiehypothese valt echter moeilijk te bevestigen of te weerleggen, en theoretici zijn dan ook op zoek naar mogelijke alternatieven. Sterrenkundigen van de State University of New York in Buffalo hebben nu echter laten zien dat die alternatieven alleen levensvatbaar zijn wanneer ze de een of andere vorm van 'vreemde natuurkunde' aan de dag leggen. Wie uitgaat van de waargenomen materieverdeling in het heelal, en van een aantal algemeen geaccepteerde ideeën over o.a. de zwaartekracht, kan daar niet omheen, aldus de onderzoekers. De conclusie van de astronomen: een theorie die het pasgeboren heelal bevredigend beschrijft, moet óf kosmische inflatie bevatten, óf er is sprake van een onwaarschijnlijke situatie waarin de geluidssnelheid hoger is dan de lichtsnelheid, óf de kosmos moet meerdere onzichtbare dimensies hebben, zoals onder andere omschreven in de snaartheorie. Hoewel de inflatiehypothese hiermee natuurlijk nog niet onomstotelijk is bevestigd, blijkt in ieder geval wel dat alternatieve theorieën op z'n minst nog veel uitzonderlijker zijn. De resultaten zijn inmiddels gepubliceerd in Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Meer informatie:
Persbericht University at Buffalo
Vakpublicatie over het onderzoek
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

24 februari 2012
Volgens natuurkundigen van de Universiteit van Florida kan het 'lithiumraadsel' uit de kosmologie worden opgelost door aan te nemen dat de donkere materie in het heelal uit axionen bestaat - een hypothetisch elementair deeltje. Ze schrijven dat in Physical Review Letters. Volgens berekeningen aan de kernfusiereacties die in de eerste paar minuten na de oerknal plaatsvonden, zou er in het heelal meer lithium-7 (een zware isotoop van het op twee na lichtste element in de natuur) moeten voorkomen dan daadwerkelijk wordt waargenomen. Een goede verklaring voor dat kosmische tekort aan lithium-7 is nooit gevonden. De fysici rekenen nu echter voor dat de aanwezigheid van axionen ertoe geleid kan hebben dat er minder lithium-7 is geproduceerd dan verwacht. Axionen zijn lichte hypothetische elementaire deeltjes die een mogelijke kandidaat zijn voor de donkere materie in het heelal. Hun bestaan is echter nog nooit aangetoond. Bovendien zou het bestaan van axionen weer met zich meebrengen dat er meer dan de drie bekende typen neutrino's moeten bestaan, en ook daarvoor zijn tot nu toe geen aanwijzingen gevonden.
Vakpublicatie over het onderzoek
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

16 januari 2012
De Europese ruimtetelescoop Planck heeft zijn onderzoek aan de kosmische achtergrondstraling voltooid. De koelvloeistof van het High Frequency Instrument (HFI) van de geavanceerde ruimtetelescoop, die in het voorjaar van 2009 werd gelanceerd, raakte afgelopen zaterdag (zoals verwacht) op. De gevoelige detectoren van HFI moesten tot vlak boven het absolute nulpunt worden gekoeld om precisiemetingen te kunnen verrichten aan minieme variaties in de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling - het afgekoelde overblijfsel van de energie waarmee het heelal kort na de oerknal was gevuld. Sinds de lancering heeft HFI de gehele sterrenhemel in totaal vijf maal opgemeten, waardoor de resultaten nog nauwkeuriger zullen zijn dan oorspronkelijk was verwacht. Voordat ze gepresenteerd en gepubliceerd worden, moet echter nog een zeer uitgebreide analyse worden uitgevoerd. Planck-wetenschappers verwachten de eerste resultaten begin 2013 te kunnen presenteren.
Meer informatie:
Planck's HFI completes its survey of early Universe
Planck
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

11 januari 2012
De reusachtige kaart van de sterrenhemel die de afgelopen jaren is samengesteld op basis van metingen van de Sloan Digital Sky Survey is een goudmijn voor kosmologen die meer te weten willen komen over de samenstelling en de evolutie van het heelal. De Sloan-kaart beslaat ruim één biljoen pixels, en toont vele miljoenen sterren en sterrenstelsels, waarvan de helderheden in vijf verschillende kleuren zijn opgemeten. Op de 219e bijeenkomst van de American Astronomical Scoiety in Austin, Texas, zijn vandaag enkele kosmologische resultaten gepresenteerd op basis van onderzoek aan de manier waarop 900.000 sterrenstelsels zijn samengeschoold in clusters. Door de mate van clustering van deze relatief heldere en nabijgelegen stelsels te vergelijken met de cluster-eigenschappen van het heelal op grotere afstanden, kon informatie verkregen worden over de uitdijingsgeschiedenis van de kosmos. Die wordt onder meer bepaald door de relatieve hoeveelheden gewone materie, donkere materie, donkere energie en neutrino's in het heelal. Op basis van de Sloan-gegevens concluderen sterrenkundigen dat 73 procent van de totale materie/energie-inhoud van het heelal voor rekening komt van donkere energie. Bovendien blijkt uit de Sloan-metingen dat de (zeer geringe) massa van het neutrino niet groter kan zijn dan 0,3 elektronvolt. De kosmologische resultaten worden binnenkort gepubliceerd in the Astrophysical Journal.
Meer informatie:
Sloan Digital Sky Survey
Calculating What's in the Universe from the Biggest Color 3-D Map
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

22 december 2011
Japanse theoretisch fysici van het Japanse KEK (High Energy Accelerator Research Organization) hebben supercomputersimulaties uitgevoerd waarmee ze laten zien hoe het heelal zes ruimtelijke dimensies 'verloren' kan hebben. De resultaten worden gepubliceerd in Physical Review Letters. Ons heelal heeft drie ruimtelijke dimensies (en één tijd-dimensie). Volgens sommige natuurkundige theorieën, zoals de supersnaartheorie, zouden dat er echter oorspronkelijk negen geweest moeten zijn. De supersnaartheorie is een van de kandidaten voor de 'theory of everything' - een theoretische beschrijving van de eigenschappen van de natuur waarin de kwantumfysica en de relativiteitstheorie met elkaar verenigd worden. Uit de nieuwe computersimulaties blijkt hoe een negen-dimensionaal heelal heel kort na de oerknal kan overgaan in een ogenschijnlijk driedimensionaal heelal, doordat slechts drie van de negen ruimtelijke dimensies deelnemen aan de grootschalige expansie. De andere dimensies zouden 'opgerold' zijn gebleven op een schaal die enorm veel kleiner is dan ooit waargenomen zal kunnen worden.
Meer informatie:
Persbericht High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

9 december 2011
Volgens Amerikaanse astronomen kan de succesvolle ruimtetelescoop Kepler, die jacht maakt op planeten bij andere sterren dan de zon, ook gebruikt worden om te speuren naar 'mini zwarte gaatjes' - hypothetische objecten die vlak na de oerknal ontstaan zouden kunnen zijn. Dat meldt de website physorg.com. Dergelijke 'oergaatjes' zouden mogelijk een verklaring kunnen vormen voor de mysterieuze donkere materie in het heelal. Het zou gaan om objecten met een massa tussen een tienmiljoenste en een tienbiljoenste van de massa van de zon. Als er in de interstellaire ruimte inderdaad zulke kleine zwarte gaatjes rondzweven, zal het licht van sterren op de achtergrond af en toe een heel klein beetje versterkt worden door de zwaartekrachtlenswerking van de gaatjes. Zo'n 'microlenseffect' heeft een heel karakteristieke vorm, en zou door de extreem gevoelige fotometer van Kepler gemeten moeten kunnen worden, aldus Kim Griest van de Universiteit van Californië in Berkeley en Agnieszka Cieplak en Bhuvnesh Jain van de Universiteit van Pennsylvania. Er is via de microlenstechniek al eerder gespeurd naar het bestaan van 'oergaatjes', maar de grote nauwkeurigheid van de Kepler-metingen bieden compleet nieuwe perspectieven. De drie astronomen publiceren hun idee in Physical Review Letters.
Artikel op www.physorg.com
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

28 november 2011
Nieuwe waarnemingen van de Amerikaanse Fermi Gamma-ray Space Telescope, uitgevoerd door wetenschappers van het Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology aan de Stanford-universiteit, wijzen niet op het bestaan van donkere materie. Eerder had het Russische PAMELA-experiment in een baan om de aarde een overschot aan positronen gevonden - de positief geladen antideeltjes van elektronen. Dat antimaterie-overschot zou verklaard kunnen worden door het verval van donkere-materiedeeltjes. Algemeen werd dan ook aangenomen dat een bevestiging van de PAMELA-resultaten een ondersteunend bewijs zou vormen voor het bestaan van die donkere materie. Met Fermi is het overschot aan positronen weliswaar bevestigd, maar de voorspelde plotselinge afname van het overschot beneden een bepaalde drempelenergie is niet waargenomen. De onderzoekers concluderen dat ook dat hun nieuwe metingen niet in overeenstemming zijn met de theorie dat het overschot aan positronen te danken is aan het verval van donkere materie. Voor de Fermi-metingen werd hert magnetisch veld van de aarde gebruikt om een onderscheid te kunnen maken in gammastraling die geproduceerd wordt door negatief geladen elektronen en gammastraling die terug te voeren is op positief geladen positronen.
Meer informatie:
One Promising Puzzle Piece for Confirming Dark Matter Now Seems Unlikely Fit
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

23 november 2011
De donkere materie, die bijna een kwart van het totaal aan massa en energie in het heelal voor haar rekening neemt, bestaat uit deeltjes die zeker veertig keer zo zwaar zijn als het proton. Dat concluderen natuurkundigen van Brown University uit waarnemingen van de gammastraling die van dwergsterrenstelsels afkomstig is. De nieuwe minimale massa voor de donkeremateriedeeltjes roept twijfels op over recente claims dat bij ondergrondse experimenten donkere materie is opgespoord. Bij die experimenten zouden deeltjes zijn gedetecteerd die zeven tot twaalf keer zo zwaar zijn als een proton, wat duidelijk minder is dan de ondergrens ligt die de Brown-onderzoekers hebben vastgesteld. De natuurkundigen zijn uitgegaan van het feit dat als zo'n donkeremateriedeeltje - ook wel WIMP genoemd - in botsing komt met zijn antideeltje, zij elkaar annihileren en er (uiteindelijk) gammastraling vrijkomt. Uit een statistische analyse van de hoeveelheid gammastraling die de onderzochte dwergstelsels de afgelopen drie jaar hebben uitgezonden, kon worden afgeleid hoeveel WIMP-annihilaties er gemiddeld plaatsvinden en hoe zwaar deze deeltjes minimaal moeten zijn. De afgelopen jaren is steeds duidelijker geworden dat alles wat zichtbaar is in het heelal - planeten, sterren, sterrenstelsels enzovoorts - slechts vier procent van het totaal aan massa en energie uitmaakt. Ongeveer 23 procent komt voor rekening van donkere materie, de rest is donkere energie - de kracht die het heelal versneld doet uitdijen.
Meer informatie:
Physicists set strongest limit on mass of dark matter

25 oktober 2011
Enkele weken nadat astronomen Saul Perlmutter, Brian Schmidt en Adam Riess de Nobelprijs Natuurkunde 2011 hebben ontvangen voor hun ontdekking van de versnellende uitdijing van het heelal publiceert de Finse natuurkundige Arto Annila van de Universiteit van Helsinki een artikel waarin hij beweert dat die versnellende uitdijing niet bestaat. Perlmutter, Schmidt en Riess maakten gebruik van waarnemingen van ver verwijderde supernova's van het type Ia. Uit precisiemetingen aan hun helderheid, afstand en roodverschuiving (veroorzaakt door het oprekken van lichtgolven die door het uitdijende heelal bewegen) leidden zij af dat het heelal momenteel sneller expandeert dan enkele miljarden jaren geleden. Die versnellende uitdijing is volgens theoretici het gevolg van een mysterieuze 'donkere energie' in de lege ruimte. Volgens Annila, die zijn ideeën publiceert in Montly Notices of the Royal Astronomical Society , is de versnellende uitdijing echter helemaal niet nodig om de supernova-waarnemingen te verklaren. De donkere energie zou dus ook niet bestaan. In een complex wiskundig betoog zet de Finse natuurkundige uiteen dat de metingen goed in overeenstemming zijn met wat je zou verwachten op basis van het natuurkundige principe van de 'kleinste werking' (least action ). Dat principe schrijft onder andere voor dat lichtstralen altijd de route van A naar B kiezen die de minste tijd kost. Rekening houdend met de invloed van zwaartekrachtsconcentraties in een voortdurend uitdijend en evoluerend heelal, denkt Annila het waargenomen verband tussen helderheid, afstand en roodverschuiving in het licht van verre supernova's te kunnen verklaren zonder een beroep te hoeven doen op een versnellende uitdijing.
Artikel op physorg.com
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

12 oktober 2011
Astronomen hebben met de Europese Very Large Telescope voor verschillende tijdstippen het vroege heelal gepeild, terwijl dit doorzichtig werd voor ultraviolette straling. Die korte fase in de geschiedenis van het heelal - die het reïonisatietijdperk wordt genoemd - voltrok zich ongeveer dertien miljard jaar geleden. Nauwkeurig onderzoek van enkele van de verste sterrenstelsels die we kennen, heeft het team in staat gesteld om het chronologische verloop van de reïonisatie in kaart te brengen. Daaruit blijkt dat het reïonisatietijdperk korter heeft geduurd dan tot nu toe werd gedacht. Ongeveer 400 duizend jaar na de oerknal was de ruimte gevuld met neutraal waterstofgas dat geleidelijk werd geïoniseerd, dat wil zeggen: gescheiden in protonen en elektronen. Dat gebeurde onder invloed van de energierijke straling van de eerste sterren en sterrenstelsels. Omdat de materie in het heelal ook kort na de oerknal al eens geïoniseerd was, spreken astronomen in dit geval van reionisatie. Een internationaal team van astronomen heeft nu gekeken of aan het licht van een vijftal verre sterrenstelsels op uiteenlopende afstanden de voortgang van het ionisatieproces kan worden afgelezen. Dat blijkt inderdaad te kunnen: bij de twee verste stelsels, die zich op een afstand van ongeveer 12,9 miljard bevinden, is duidelijk meer ultraviolette straling door neutraal waterstofgas geabsorbeerd dan bij de minder verre stelsels die 200 miljoen lichtjaar 'dichterbij' staan. Hieruit kan worden afgeleid dat de reïonisatie van het kosmische waterstof binnen enkele honderden miljoenen jaren was voltooid - sneller dan tot nu toe werd gedacht.
Meer informatie:
Verre sterrenstelsels in de optrekkende kosmische mist

29 september 2011
Amerikaanse wetenschappers hebben de eerste resultaten vrijgegeven van de Bolshoi-supercomputersimulatie, die inzicht moet geven in het ontstaan van sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels. De berekeningen laten zien dat het standaardmodel dat astronomen gebruiken om de evolutie van het heelal te beschrijven nog steeds goed voldoet. Uitgangspunt van de Bolshoi-simulatie zijn de gegevens van onder meer de WMAP-satelliet, die de kosmische achtergrondstraling - de 'fossiele' straling van de oerknal - nauwkeurig in kaart heeft gebracht. Met behulp van de aldus verkregen randvoorwaarden is een van de snelste supercomputers ter wereld aan het rekenen gezet om de evolutie van een stuk heelal met een middellijn van een miljard lichtjaar door te rekenen. De theoretische basis voor die berekeningen is het zogeheten Lambda Cold Dark Matter-model. Volgens dat standaardmodel zijn de kleine dichtheidsverschillen die kort na de oerknal in het heelal ontstonden onder invloed van de zwaartekracht uitgegroeid tot steeds grotere concentraties van materie waaruit later (clusters van) sterrenstelsels ontstonden. Cruciaal daarbij is de rol van de zogeheten donkere materie die, hoewel niet waarneembaar, ongeveer 82 procent van alle materie in het heelal voor zijn rekening neemt. Het heelal dat uit de Bolshoi-simulatie rolt, vertoont sterke overeenkomsten met de resultaten van grote hemelsurveys, zoals de Sloan Digital Sky Survey. Ook geeft de simulatie een juiste voorspelling voor het aantal sterrenstelsels met de helderheid van ons Melkwegstelsel die satellietstelsels hebben die zo helder zijn als de grootste begeleiders van het Melkwegstelsel: de Grote en de Kleine Magelhaense Wolk.
Meer informatie:
Scientists release most accurate simulation of the universe to date
The Bolshoi Simulation

3 augustus 2011
De theorie dat ons heelal een kolossale 'zeepbel' is in een schuim van ontelbare andere heelallen kan worden getoetst. Dat schrijven Britse en Canadese wetenschappers in twee natuurkundige vaktijdschriften. Tot nog toe werd ervan uitgegaan dat het bestaan van dit zogeheten multiversum nooit zou kunnen worden aangetoond. De wetenschappers denken echter dat botsingen tussen naburige heelallen herkenbare cirkelvormige sporen zouden achterlaten in de kosmische achtergrondstraling - het afgekoelde restant van de straling die vrijkwam bij de oerknal. Met behulp van computersimulaties hebben zij afbeeldingen gemaakt van hoe de verdeling van de achtergrondstraling eruit zou zien als ons heelal met naburige 'zeepbellen' in aanraking is gekomen. Het zal overigens nog niet meevallen om kringen in de kosmische achtergrondstraling op te sporen: de verdeling van deze straling over de hemel is nogal chaotisch. Bovendien kunnen er ook door toeval cirkelvormige patronen zijn ontstaan. Om deze problemen te overwinnen hebben de wetenschappers een computeralgoritme ontwikkeld dat statistisch kan beoordelen hoeveel 'botsingssporen' de kosmische achtergrondstraling vertoont. De eerste rekenresultaten zijn binnen, maar deze kunnen nog geen uitsluitsel geven over het bestaan van het multiversum. De hoop is nu gevestigd op de nieuwe gegevens over de kosmische achtergrondstraling die momenteel met de Europese satelliet Planck worden verzameld.
Meer informatie:
First observational test of the 'multiverse'

7 juli 2011
Wetenschappers zijn er lang van uitgegaan dat het heelal volkomen symmetrisch is. Maar recente bevindingen van onderzoekers van de universiteit van Michigan wijzen erop dat dit toch niet zo is. Om de vermeende symmetrie van het heelal te toetsen, inventariseerden de natuurkundige Michael Longo en een team van studenten de rotatierichting van tienduizenden spiraalstelsels, die zijn vastgelegd bij de Sloan Digital Sky Survey. In een volkomen symmetrisch heelal zou in elke richting evenveel stelsels te zien moeten zijn die met de klok mee draaien als stelsels die de andere kant op roteren. Dat blijkt echter niet zo te zijn. Het hemelgebied in de richting van de noordpool van ons Melkwegstelsel telt meer 'linksdraaiende' stelsels - stelsels die tegen de klok in draaien - dan 'rechtsdraaiende'. En dat effect strekt zich uit tot een afstand van meer dan 600 miljoen lichtjaar. Het getalsmatige verschil is niet zo heel groot - een procent of zeven - maar de kans dat dit op toeval berust is heel klein. Volgens Longo kan dit betekenen dat het heelal al sinds zijn ontstaan om een bepaalde as draait. En als dat zo is, zou in de richting van de galactische zuidpool juist een overschot aan 'rechtsdraaiende' stelsels te zien moeten zijn. Of dat inderdaad zo is, zal moeten blijken uit een survey van de zuidelijke hemel die momenteel wordt uitgevoerd.
Meer informatie:
The universe may have been born spinning

30 juni 2011
De Europese gamma-satelliet Integral heeft metingen verricht die van groot belang kunnen zijn voor de fysica van ruimte en tijd. Uit de metingen blijkt dat de kwantumstructuur van de ruimte veel fijnkorrelige is dan tot nu toe werd gedacht. Volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein, die de eigenschappen van de zwaartekracht beschrijft, is de ruimte een glad, ononderbroken weefsel. Volgens de kwantumtheorie zou de ruimte op de allerkleinste schaal echter korrelig moeten zijn, zoals een zandstrand. Fysici doen al decennialang verwoede pogingen om deze beide concepten aan elkaar te knopen tot een theorie, die kwantumzwaartekracht wordt genoemd. De resultaten van Integral leggen strikte grenzen op aan de mogelijke afmetingen van de 'kwantumkorrels'. Uit berekeningen blijkt namelijk dat de korrelstructuur van de ruimte van invloed zou zijn op de manier waarop gammastraling zich voortplant. De korrels zouden de richting waarin de gammagolven op en neer gaan moeten verdraaien - een verschijnsel dat polarisatie wordt genoemd. En hoogenergetische gammastraling zou sterker gepolariseerd moeten worden dan laagenergetische; uit het verschil in polarisatiegraad kan dan de grootte van de kwantumkorrels worden afgeleid. Integral-metingen van een gammaflits die op 19 december 2004 plaatsvond in een ver sterrenstelsel laten echter geen verschil in polarisatie zien tussen gammastraling van verschillende energieën. Daaruit kan worden afgeleid dat de kwantumkorrels minstens tien biljoen keer zo klein zijn als de door sommige theorieën voorspelde Planck-schaal, die 10 biljoensten van een biljoenste van een biljoenste meter bedraagt.
Meer informatie:
Integral challenges physics beyond Einstein

30 juni 2011
Sterrenkundigen hebben er een nieuw probleem bij. De gemeten massa's van clusters van sterrenstelsels, de grootste objecten in het heelal, zijn afhankelijk van de gebruikte 'weegmethode'. Dat blijkt uit de eerste resultaten van de missie van de Planck-satelliet, die onlangs in Liverpool werden besproken. Clusters zijn verzamelingen van duizenden sterrenstelsels zoals ons Melkwegstelsel, die door de zwaartekracht bijeen worden gehouden. De bepaling van hun massa speelt een belangrijke rol bij het vaststellen van de hoeveelheid donkere materie die zij bevatten. Het 'wegen' van clusters gebeurt in drie verschillende gebieden van het elektromagnetische spectrum: het röntgengebied, het zichtbare gebied en het millimetergebied. Het lukt eigenlijk altijd wel om twee van de drie resultaten met elkaar in overeenstemming te brengen, maar het derde resultaat zit er dan flink naast. Het is alsof het heelal zijn uiterste best doet een stukje van de legpuzzel verborgen te houden.
Meer informatie:
Astronomers reveal a cosmic 'Axis of Evil'

24 juni 2011
Het MINOS-neutrino-experiment van het Amerikaanse versnellerinstituut Fermilab heeft de Japanse ontdekking bevestigd dat muon-neutrino's af en toe veranderen in 'gewone' elektronneutrino's. Het gebeurt alleen wel minder vaak dan door de eerdere Japanse proeven werd gesuggereerd. De ontdekking biedt mogelijk inzicht in een onopgelost kosmologisch raadsel: waarom het heelal kort na de oerknal geen gelijke hoeveelheden materie en antimaterie bevatte. Neutrino's zijn elementaire deeltjes zonder elektrische lading en met een verwaarloosbaar kleine massa. Er zijn drie typen bekend, en tijdens hun bestaan kunnen ze kennelijk van gedaante veranderen. In het MINOS-experiment (Main Injector Neutrino Oscillation Search) is dat proces nu gedetailleerd bestudeerd. Een zuivere bundel van muon-neutrino's wordt dwars door de aarde heen geschoten naar een detector op 735 kilometer afstand. Tijdens de reistijd van de neutrino's blijkt een klein deel veranderd te zijn in elektronneutrino's. Mogelijk biedt het transformatieproces meer zicht op een oud antimaterieraadsel in het heelal. Uit de energie van de oerknal zouden gelijke hoeveelheden materie en antimaterie moeten zijn ontstaan. In dat geval zouden die twee materievormen elkaar echter ook weer hebben geannihileerd, en was er een heelal met alleen maar straling en energie overgebleven. Dat ons heelal uit materie bestaat, betekent dat er een kleine asymmetrie geweest moet zijn tussen materie en antimaterie. Die is mogelijk veroorzaakt door het gedrag van neutrino's.
Meer informatie:
Fermilab experiment weighs in on neutrino mystery
Neutrino-onderzoek bij Fermilab
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

19 mei 2011
Een vijf jaar durend onderzoek aan 200.000 sterrenstelsels tot op afstanden van 7 miljard lichtjaar bevestigt dat donkere energie inderdaad de uitdijing van het heelal versnelt. Bij dit onderzoek is gebruik gemaakt van waarnemingen van NASA's Galaxy Evolution Explorer-satelliet en de Anglo-Australian Telescope in Australië. De waarnemingen dragen nieuw bewijs aan voor het idee dat donkere energie werkt als een constante kracht, die gelijkmatig door het hele heelal de versnelde uitdijing aandrijft. Dit is in tegenspraak met een alternatieve theorie, waarin niet donkere energie maar juist zwaartekracht de uitdijing aandrijft, er vanuit gaand dat deze kracht op zeer grote afstanden afstotend wordt in plaats van aantrekkend.Donkere energie is vijftien jaar geleden ontdekt door afstandsbepalingen met behulp van supernova's. Het nieuwe onderzoek gebruikt twee onafhankelijke methodes om afstanden tot verre sterrenstelsels te bepalen. De eerste methode kijkt naar de manier hoe sterrenstelsels door het heelal zijn verspreid, en de tweede methode meet hoe snel clusters van sterrenstelsels zijn ontstaan. Met de Galaxy Evolution Explorer werden daartoe eerst honderden miljoenen sterrenstelsels in kaart gebracht, verspreid over driekwart van de sterrenhemel. Hierin werden heldere, jonge sterrenstelsels geselecteerd, waaraan de Anglo-Australian Telescope aanvullende waarnemingen deed om zo een 3D-kaart samen te stellen, waarop het verdere onderzoek kon worden gebaseerd.
Meer informatie:
Galaxy Evolution Explorer Helps Confirm Nature of Dark Energy
Dark Energy is real
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Edwin Mathlener - www.dekoepel.nl

24 april 2011
Een internationaal team van wetenschappers is er in geslaagd om antihelium te produceren - de tot nog toe zwaarst bekende vorm van antimaterie. De exotische atoomkernen ontstonden bij een experiment met de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), waarbij de kernen van goudatomen met bijna de snelheid van de licht met elkaar in botsing werden gebracht (Nature, 24 april). Antimaterie is de letterlijke tegenpool van normale materie: veel eigenschappen van antideeltjes zijn gelijk aan die van normale materiedeeltjes, maar andere eigenschappen (zoals de elektrische lading) zijn precies tegengesteld. Wetenschappers gaan ervan uit dat bij de oerknal, die de geboorte van ons heelal inluidde, zowel materie als anti-materie ontstond. Doordat deze beide materievormen elkaar vernietigen zodra ze met elkaar in aanraking komen, verdwenen zij kort na de oerknal vrijwel volledig. Slechts een klein overschot aan 'normale' materie - de materie waaruit wij en alles om ons heen bestaan - bleef over. Hoe dat overschot tot stand kwam, is nog een raadsel. Wetenschappers proberen daar een verklaring voor te vinden door in grote deeltjesversnellers, zoals de RHIC, de omstandigheden ten tijde van de oerknal na te bootsen. Bij zo'n experiment zijn nu dus de atoomkernen van antihelium gedetecteerd - vermoedelijk de zwaarste vorm van antimaterie die op aarde kan worden geproduceerd. Nog zwaardere vormen van antimaterie zijn waarschijnlijk alleen elders in het heelal te vinden. Wetenschappers hopen deze te kunnen opsporen met de Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), die op 29 april naar het internationale ruimtestation ISS wordt overgebracht. Mocht uit de metingen van AMS blijken dat antimaterie een normaal kosmisch ingrediënt is, zou dat erop kunnen wijzen dat er bij de oerknal toch net zo veel materie als antimaterie is ontstaan, en dat deze beide tegenpolen op de een of andere manier van elkaar gescheiden zijn.
Meer informatie:
Rice-born detector finds heaviest antimatter
Searching for dark matter and antimatter

14 april 2011
Een internationaal team van wetenschappers heeft woensdag 13 april de eerste resultaten bekendgemaakt van hun zoektocht naar donkere materie. Tijdens de eerste honderd meetdagen van hun XENON100-experiment, dat diep ondergronds in de Italiaanse Apennijnen staat opgesteld, is nog geen doorslaggevend bewijs gevonden voor het bestaan van zogeheten WIMP's - de belangrijkste kandidaat-deeltjes waaruit die donkere materie zou kunnen bestaan. Uit astronomische waarnemingen blijkt dat meer dan tachtig procent van alle materie geen waarneembare vormen van straling uitzendt. Wel oefent deze donkere materie zwaartekrachtsaantrekking uit. Waaruit zij bestaat is tot nog toe echter een raadsel. De hoop bestond dat de XENON100-detector gevoelig genoeg zou zijn om deeltjes van deze alom aanwezige materie te kunnen opsporen. Dat dit vooralsnog niet is gelukt, wil overigens nog niet zeggen dat WIMP's niet bestaan. Het lijkt waarschijnlijker dat de deeltjes gewoon moeilijker detecteerbaar zijn dan gedacht. De onderzoekers vestigen nu hun hoop op de nieuwe gegevens die in de loop van dit jaar worden verzameld en op de geplande bouw van een veel grotere en gevoeligere detector.
Meer informatie:
New Data from XENON100 Narrows the Possible Range for Dark Matter
Underground Experiment Fails to Find Dark Matter

13 april 2011
In 2008 maakten NASA-wetenschappers melding van een verbluffende ontdekking: ver uit elkaar gelegen clusters van sterrenstelsels in ons heelal leken min of meer dezelfde kant op te bewegen. Het was alsof ze werden aangetrokken door een kolossale massa - een compleet ander heelal wellicht - ergens voorbij de grens van het zichtbare heelal. Nieuw onderzoek door astronomen van de universiteit van Buffalo trekt de ontdekking van deze 'donkere stroming' echter in twijfel. De astronomen hebben gekeken naar het licht van supernovae (exploderende sterren) in sterrenstelsels op uiteenlopende afstanden. Daarbij hebben zij vastgesteld dat alleen de meest nabije supernovae in een voorkeursrichting bewegen. Verder weg gelegen supernovae bewegen in andere richtingen. Hierdoor is de theorie van de donkere stroming op losse schroeven komen te staan. De nieuwe bevindingen zijn volledig in overeenstemming met het 'saaie' standaardmodel voor het heelal, waarin sterrenstelsels gewoon alle kanten op bewegen.
Meer informatie:
Another Universe Tugging On Ours?

13 april 2011
De uitdijing van het heelal zorgt ervoor dat sterrenstelsels geleidelijk uit elkaars zicht verdwijnen. Toch zullen ook in de verre toekomst sterrenkundigen het verschijnsel kunnen waarnemen. De kosmische uitdijing is bijna een eeuw geleden ontdekt door de Amerikaanse sterrenkundige Edwin Hubble, die constateerde dat de sterrenstelsels in het heelal van elkaar weg bewegen. Maar over een biljoen jaar, als het heelal honderd keer zo oud is als nu, is nog maar één sterrenstelsel waarneembaar: het onze. Volgens theoretisch sterrenkundige Avi Loeb van de Harvard-universiteit hoeft dat echter geen belemmering te zijn. Ongeveer eens in de 100.000 jaar komt er een dubbelster zo dicht in de buurt van het zwarte gat in de kern van ons Melkwegstelsel, dat de beide sterren van elkaar gescheiden worden. De ene wordt opgeslokt door het zwarte gat, maar de andere schiet met een snelheid van meer dan een miljoen kilometer per uur de ruimte in. Als deze hypersnelle sterren ver genoeg van ons sterrenstelsel verwijderd zijn, komen ze in de greep van de kosmische uitdijing: ze gaan daardoor steeds sneller bewegen. En aan dat verschijnsel zouden de sterrenkundigen van de verre toekomst kunnen zien dat het heelal uitdijt.
Meer informatie:
Far-Future Astronomers Could Still Deduce the Big Bang

14 maart 2011
Een omvangrijk waarnemingsprogramma met de twee jaar oude Wide Field Camera 3 aan boord van de Hubble Space Telescope heeft een nieuwe, precieze waarde opgeleverd voor de Hubble-constante - een maat voor de uitdijingssnelheid van het heelal. De nieuwe waarnemingen aan verre supernova's bevestigen ook de theorie dat de uitdijingssnelheid van het heelal in de loop van de tijd steeds hoger wordt als gevolg van een mysterieuze donkere energie in de lege ruimte. Volgens de onderzoekers, onder leiding van Adam Riess van het Space Telescope Science Institute, rekenen de nieuwe metingen af met een alternatieve verklaring voor die in 1998 ontdekte versnellende uitdijing. De waargenomen versnelling zou eventueel een schijnbaar effect kunnen zijn, veroorzaakt doordat ons Melkwegstelsel zich min of meer in het middelpunt van een miljarden lichtjaren groot gebied bevindt waarin de dichtheid aan sterrenstelsels substantieel lager is dan in de omgeving. Die alternatieve verklaring is echter niet in overeenstemming met de nieuwe metingen, die op 1 april gepubliceerd worden in The Astrophysical Journal. De nieuwe precisiewaarde voor de huidige Hubbleconstante bedraagt overigens 73,8 kilometer per seconde per megaparsec; de onzekerheid in deze waarde bedraagt slechts 3,3 procent.
Meer informatie:
NASA's Hubble Rules Out One Alternative to Dark Energy
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

3 februari 2011
De eerste sterren in het heelal waren niet zo eenzaam als tot nu toe werd gedacht. Dat blijkt uit computersimulaties die zijn uitgevoerd door Duitse en Amerikaanse sterrenkundigen (Science, 4 februari). De geboorte van een ster begint als een grote gaswolk onder invloed van zijn eigen zwaartekracht begint samen te trekken. Daarbij nemen dichtheid en temperatuur van het gas zo sterk toe, dat de samentrekking van de gaswolk op een gegeven moment stopt. Alleen als het gas er vervolgens in slaagt om zijn warmte kwijt te raken, kan de gaswolk samentrekken tot een ster. In het huidige heelal wordt die afkoeling geregeld door zware elementen als koolstof en zuurstof. Maar in het vroege heelal bestonden die elementen nog niet, en konden de samentrekkende gaswolken dus niet zo goed afkoelen. De meeste theoretische modellen lieten dan ook zien dat er in het begin relatief weinig sterren ontstonden, en die zouden ook enorm zwaar zijn geweest: honderd zonsmassa's. Uit de nieuwe computersimulaties blijkt echter dat dit simpele beeld moet worden bijgesteld. De gaswolken van de eerste sterren waren waarschijnlijk niet stabiel en zijn daardoor tijdens het samentrekken in stukken uiteengevallen. Hierdoor ontstond compacte groepen van afzonderlijke sterren op kleine onderlinge afstanden.
Meer informatie:
First Stars in Universe Were Not Alone
First Stars in the Universe Weren't Lonely

31 januari 2011
De Large Hadron Collider, de grote nieuwe deeltjesversneller van het Europese kernfysisch onderzoekslaboratorium CERN in Genève, zal operationeel blijven tot eind 2012. Wel is er eind 2011 een relatief korte stop voor technisch onderhoud. De beslissing, die vandaag door CERN bekend werd gemaakt, verhoogt de kans aanzienlijk dat de LHC er inderdaad in zal slagen het langgezochte Higgs-deeltje te vinden. Het bestaan van dat deeltje, dat verantwoordelijk zou zijn voor het geven van specifieke massa's aan alle andere elementaire deeltjes, wordt voorspeld door het succesvolle standaardmodel van de deeltjesfysica. Enkele weken geleden bleek al dat CERN in de Higgs-jacht weinig concurrentie meer te duchten had van de grote Amerikaanse rivaal, het Tevatron van het Amerikaanse versnellerinstuut Fermilab in Illionois: de levensduur van het Tevatron zal niet verlengd worden; de versneller sluit komend najaar.
Persbericht CERN
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

26 januari 2011
Natuurkundigen zitten de donkere materie - de onzichtbare substantie die een kwart van de massa/energie-inhoud van het heelal voor zijn rekening neemt - op de hielen. Die conclusie trekken zij na het eerste succesvolle onderzoeksjaar met de CMS-deeltjesdetector van de Large Hadron Collider (LHC) in Genève. De onderzoekers hebben het afgelopen jaar protonen met bijna de snelheid van het licht tegen elkaar laten knallen. Dat resulteert in energieën en dichtheden die vergelijkbaar zijn met die in het heelal kort na de oerknal, 13,7 miljard jaar geleden. De verwachting is dat bij zulke botsingen dezelfde soorten deeltjes zullen ontstaan die in de prille begintijd van het heelal bestonden. De natuurkundigen zeggen dat ze goed op weg zijn om een van de belangrijkste theorieën te bevestigen of ontkrachten die veel van de openstaande vragen in de deeltjesfysica zou kunnen beantwoorden: de supersymmetrie. Deze theorie moet onder meer duidelijkheid geven over de samenstelling van de donkere materie. De verwachting is dat binnen enkele jaren uitsluitsel kan worden gegeven. Als de theorie van de supersymmetrie klopt, zouden er heel af en toe bijzondere botsingen tussen protonen moeten plaatsvinden waarbij nog niet eerder waargenomen deeltjes ontstaan. Deze zogeheten 'sparticles' zijn een belangrijke kandidaat voor de verklaring van de donkere materie.
Meer informatie:
Hunt for dark matter closes in at Large Hadron Collider

11 januari 2011
Vandaag hebben astronomen tijdens de bijeenkomst van de American Astronomical Society de plannen ontvouwd voor een nieuwe hemelsurvey die het raadsel van de donkere energie moet helpen oplossen. Bij deze Dark Energy Survey (DES) wordt een geavanceerde 570 megapixel camera ingezet, die later dit jaar aan de 4-meter telescoop van de Cerro Tololo-sterrenwacht in Chili wordt gekoppeld. In de loop van vijf jaar zal DES ongeveer een achtste van de hemel in beeld brengen, om de posities en afstanden van 300 miljoen sterrenstelsels te kunnen meten. Dat moet resulteren in de grootste kaart van de ruimtelijke verdeling van sterrenstelsels die ooit is gemaakt. De survey zal naar verwachting meer inzicht geven in de snelheid waarmee het heelal uitdijt. Sinds een jaar of tien weten astronomen dat die uitdijing aan het versnellen is. De raadselachtige veroorzaker van deze versnelling, die bij gebrek aan beter maar donkere energie wordt genoemd, lijkt als een soort anti-zwaartekracht te werken.
Meer informatie:
Dark Energy Survey Poised To Probe Cosmic Speed-Up
Dark Energy Survey

11 januari 2011
In Parijs zijn vanmiddag de eerste wetenschappelijke resultaten van de Europese ruimtemissie Planck gepresenteerd. De bevindingen, die in de vorm van 25 artikelen in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics worden gepubliceerd, hebben betrekking op de koelste objecten in het heelal, zowel binnen als buiten ons Melkwegstelsel. De duizenden afzonderlijke objecten zijn opgenomen in een catalogus waar elke wetenschapper nu vrijelijk uit kan putten. Hoofdtaak van de in 2009 gelanceerde Planck-satelliet is het meten van de kosmische achtergrondstraling. Om deze zwakke warmtestraling, die het restant is van de oerknal, in kaart te brengen, moet echter worden gecorrigeerd voor de verstorende invloed van talloze hemelobjecten. Dat maakt de Planck-gegevens tot een rijke bron van informatie over van alles en nog wat. Zo heeft heeft de satelliet aanwijzingen gevonden voor een anderszins onzichtbare populatie van sterrenstelsels op miljarden lichtjaren afstand, die in hoog tempo nieuwe sterren produceerden. Een andere belangrijke 'storingsbron' is de microgolfstraling die door stofrijke stervormingsgebieden in het Melkwegstelsel wordt afgegeven. De oorsprong van deze straling is lang raadselachtig geweest, maar Planck heeft nu de theorie bevestigd dat zij wordt uitgezonden door stofdeeltjes die door botsingen met snel bewegende atomen of ultraviolette fotonen tientallen miljarden keren per seconde om hun as zijn gaan tollen. Volgens de wetenschappers die zich met Planck bezighouden, vormen de vandaag gepresenteerde resultaten slechts het topje van de ijsberg. De volgende presentatie van gegevens staat gepland voor januari 2013. Pas dan zal ook de nauwkeurig opgepoetste kaart van de kosmische achtergrondstraling worden onthuld.
Meer informatie:
Planck's new view of the cosmic theatre
Planck unveils wonders of the Universe
Planck unveils wonders of the Universe
UBC researchers part of Planck satellite team that uncovers secrets of the Universe

18 november 2010
Een internationaal team van wetenschappers is er voor het eerst in geslaagd om atomen van antimaterie op te vangen (Nature, 18 november). Tot nog toe was dat uitsluitend het domein van sciencefictionfilms. Antimaterie bestaat uit deeltjes die in de meeste opzichten op gewone deeltjes lijken, maar in sommige opzichten precies tegengestelde eigenschappen hebben, zoals een tegengestelde lading. Dat maakt het heel lastig om antideeltjes op te vangen: zodra materie en antimaterie met elkaar in aanraking komen, zorgen die tegengestelde eigenschappen ervoor dat de deeltjes elkaar vernietigen. Om die wederzijdse vernietiging te voorkomen, moeten de deeltjes extreem worden afgeremd. Daartoe zijn met een supergeleidende magneet atomen tot één graad boven het absolute nulpunt, oftewel -272 graden Celsius, afgekoeld. Op die manier zijn de wetenschappers er in geslaagd om 38 atomen van antiwaterstof op te vangen. De volgende stap betreft het onderzoek van deze ongrijpbare deeltjes. Over antimaterie is namelijk weinig bekend, al wordt aangenomen dat antimaterie en materie kort na de oerknal in gelijke hoeveelheden voorkwamen. De meeste antimaterie lijkt echter te zijn verdwijnen en de vraag is waarheen?
Meer informatie:
Researchers trap antimatter atoms

3 november 2010
Wetenschappers van de universiteit van Californië in Los Angeles (UCLA) hebben aanwijzingen gevonden dat de kortste gammaflitsen uit het heelal worden veroorzaakt door kleine zwarte gaten die kort na de oerknal zijn ontstaan. Het bestaan van deze objecten is al in 1974 voorspeld door de Britse kosmoloog Stephen Hawking. Hawking stelde dat zwarte gaten niet het eeuwige leven hebben: ze 'verdampen' onder uitzending van deeltjesstraling. Deze 'Hawkingstraling' zou ertoe leiden dat kleine zwarte gaten die kort na de oerknal zijn ontstaan nu hun laatste adem uitblazen. Die 'adem' zou dan bestaan uit een korte stoot energierijke straling. Volgens de Californische onderzoekers is het heel goed denkbaar dat het bij de uitbarstingen van gammastraling van minder dan een tiende seconde die de afgelopen decennia met verscheidene satellieten zijn waargenomen, om zulke verdampende zwarte gaten gaat. Een belangrijke aanwijzing in die richting is dat de zeer korte gammaflitsen niet gelijkmatig over de hemel zijn verspreid. Dat wijst erop dat de explosies zich op relatief kleine afstand voltrekken, waarschijnlijk zelfs binnen ons eigen Melkwegstelsel. Daarin onderscheiden zij zich van hun langer durende soortgenoten, die aan ontploffende zware sterren in verre sterrenstelsels worden toegeschreven.
Meer informatie:
Study of Very Short Gamma-ray Bursts Provides Evidence for Primordial Black Holes
Gamma Ray Bursts 2010 Conference

13 september 2010
Zonder veel ophef hebben astronomen op 8 september afscheid genomen van de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, beter bekend als WMAP. De satelliet, die negen jaar lang de zogeheten kosmische achtergrondstraling heeft onderzocht, is met zijn eigen raketmotor in een veilige baan om de zon gemanoeuvreerd. De WMAP-satelliet werd op 30 juni 2001 gelanceerd naar een 'vaste' locatie die vanaf de zon gezien anderhalf miljoen kilometer achter de aarde ligt. Enkele maanden later begon hij met het in kaart brengen van de kosmische achtergrondstraling - de straling die een overblijfsel is van de oerknal, die bijna veertien miljard jaar geleden het ontstaan van het heelal inluidde. Al in 2003 werd WMAP door het wetenschappelijke tijdschrift Science uitgeroepen tot 'doorbraak van het jaar'. De resultaten van de WMAP-metingen zijn in overeenstemming met het standaardmodel dat vrijwel alle astronomen voor het ontstaan van het heelal hanteren. Vastgesteld is dat de oerknal waaruit ons heelal is voortgekomen 13,73 miljard jaar geleden moet hebben plaatsgevonden. Ook is uit het onderzoek gebleken dat het heelal voor slechts 4,6 procent uit normale materie bestaat. De overige 95,4 procent wordt gevormd door donkere materie, die geen enkele vorm van waarneembare straling uitzendt maar wel zwaartekracht uitoefent, en een mysterieuze donkere energie, die het heelal versneld laat uitdijen.
Meer informatie:
WMAP op Wikipedia (Nederlands)
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

6 september 2010
De elektromagnetische kracht is niet overal in het heelal even sterk. Dat concludeert een team astronomen van de universiteit van New South Wales (Australië) na nieuw onderzoek, dat vandaag tijdens een grote bijeenkomst van Europese astronomen in Lissabon wordt gepresenteerd. Bij hun onderzoek hebben de astronomen gekeken naar zogeheten quasars: extreem verre sterrenstelsels met een superzwaar zwart gat in hun kern die enorme hoeveelheden licht uitzenden. Tijdens zijn reis door het heelal wordt dit licht deels geabsorbeerd door de wolken van gas die het onderweg tegenkomt. En uit dat absorptieproces kunnen astronomen afleiden hoe de natuurwetten zich op miljarden lichtjaren afstand van de aarde gedragen. De resultaten van het onderzoek wijzen er op dat de zogeheten fijnstructuurconstante, die de sterkte van de elektromagnetische kracht karakteriseert, niet in alle richtingen waarin gekeken wordt gelijk is. De wetten van de natuurkunde lijken dus niet zo onwrikbaar vast te liggen als doorgaans wordt aangenomen.
Meer informatie:
When Fundamental Constants Change Over Space: Rethinking Physics As We Know It

5 juli 2010
De Europese Planck-satelliet heeft zijn eerste complete hemelkaart afgeleverd. De kaart moet niet alleen meer inzicht geven in de manier waarop sterren en sterrenstelsels ontstaan, maar ook in het ontstaan van het heelal. De afbeelding zelf geeft nog geen antwoord op wetenschappelijke vragen: het is 'slechts' een overzicht van de nauwkeurige meetgegevens die de satelliet het afgelopen jaar heeft verzameld. Die berg gegevens zullen sterrenkundigen op belangrijke nieuwe informatie moeten onderzoeken - een klus die nog jaren kan duren. De Planck-kaart geeft onder meer een overzicht van ons Melkwegstelsel, en de talrijke stervormingsgebieden die zich daarin bevinden. Minder spectaculair, maar wellicht intrigerender is de vlekkerige achtergrond. Deze wordt veroorzaakt door de kosmische achtergrondstraling - het afgekoelde overblijfsel van de straling die het heelal kort na de oerknal vulde. Het patroon in deze achtergrondstraling is een afspiegeling van de dichtheidsverschillen in de oermaterie waaruit de eerste sterrenstelsels zijn ontstaan. Planck gaat gewoon verder met zijn metingen. Naar verwachting zal hij eind 2012 vier van deze hemelsurveys hebben voltooid. Begin volgend jaar zal een eerste catalogus van objecten binnen en buiten ons Melkwegstelsel worden gepubliceerd. In 2012 volgt de publicatie van het meest nauwkeurige overzicht van de kosmische achtergrondstraling tot dan toe.
Meer informatie:
Planck unveils the Universe – now and then

14 juni 2010
Nieuw onderzoek door sterrenkundigen van de universiteit van Durham wijst erop dat de bestaande inzichten over de samenstelling van het heelal wellicht onjuist zijn. Volgens de onderzoekers bevatten belangrijke meetresultaten die het bestaan van donkere materie en donkere energie aantonen een ernstige fout. De samenstelling van het heelal wordt onder meer afgeleid uit metingen van de kosmische achtergrondstraling - het overblijfsel van de straling die vrijkwam bij de oerknal. De kosmische achtergrondstraling wordt sinds 2001 nauwkeurig in kaart gebracht met de WMAP-satelliet en daarbij is vastgesteld dat de verdeling over de hemel niet gelijkmatig is: de straling vertoont een patroon van koelere en warmere vlekken die ruwweg tweemaal zo groot zijn als de volle maan. Deze 'rimpelingen' in de kosmische achtergrondstraling kunnen direct in verband worden gebracht met de samenstelling van het heelal. Daaruit volgt dat het heelal voor 4 procent uit normale materie bestaat, voor 22 procent uit donkere (onzichtbare) materie en voor 74% uit zogeheten donkere energie. Volgens de Britse sterrenkundigen, die overigens bekendstaan als critici van het standaardmodel van het heelal, zit er echter een fundamentele fout in de manier waarop de WMAP-metingen zijn verwerkt. Deze fout zou ertoe leiden dat de rimpelingen in de kosmische achtergrondstraling veel groter lijken dan ze in werkelijkheid zijn. Mogelijk zijn de rimpelingen zelfs zo veel kleiner, dat er helemaal geen donkere materie of energie nodig is om ze te verklaren. Concurrerende verklaringen, die op basis van de WMAP-resultaten waren afgeschreven, zouden daarmee in ere hersteld zijn.
Meer informatie:
Durham astronomers' doubts about the dark side

21 april 2010
Sterrenkundigen zijn er nog steeds niet in geslaagd om het raadsel van de donkere energie op te lossen. Ook na de analyse van waarnemingen aan vele honderden ver verwijderde supernova's blijft de ware aard van de donkere energie een mysterie. Dat schrijft een team onderzoekers onder leiding van Saul Perlmutter van het Supernova Cosmology Project in The Astrophysical Journal. Perlmutter leidde twaalf jaar geleden een van de twee teams die onafhankelijk van elkaar ontdekten dat de uitdijing van het heelal in de loop van de tijd steeds sneller gaat, kennelijk als gevolg van de aanwezigheid van een mysterieuze 'donkere energie' die als een soort anti-zwaartekracht werkt. De ware aard van die donkere energie is echter een raadsel. De geschiedenis van de versnellende uitdijing van het heelal kan bestudeerd worden door metingen te verrichten aan ver verwijderde supernova's - de terminale explosies van zware sterren. Astronomen hopen er op die manier achter te komen of de donkere energie altijd een constante waarde heeft gehad, of dat hij in de loop van miljarden jaren in kracht is toe- of afgenomen. Een grondige analyse van honderden supernova's, die de afgelopen jaren door Perlmutters team zijn waargenomen, heeft die vraag echter nog steeds niet met zekerheid kunnen beantwoorden. Naar de ware aard van de mysterieuze donkere energie kunnen sterrenkundigen voorlopig dan ook slechts gissen.
Meer informatie:
Searching for Dark Energy with the Whole World’s Supernova Dataset
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

25 maart 2010
Een nieuw groot onderzoek, onder leiding van Tim Schrabback van de Leidse Sterrewacht, bevestigt dat het heelal versneld uitdijt. De onderzoekers hebben meer dan 446.000 sterrenstelsels in een klein hemelgebied geïnventariseerd met de Hubble-ruimtetelescoop. Daarnaast is met telescopen op aarde van 194.000 van deze stelsels de roodverschuiving gemeten - een maat voor hun afstand. De verste stelsels bevinden zich op afstanden van meer dan tien miljard lichtjaar. Met behulp van de verzamelde gegevens hebben de sterrenkundigen de grootschalige materieverdeling in de ruimte in kaart gebracht. Daarbij hebben ze gebruik gemaakt van het feit dat de afbeeldingen van verre sterrenstelsels een klein beetje vervormd worden door de zwaartekracht van alle tussenliggende zichtbare en (vooral) onzichtbare materie. Dit wordt het zwakke gravitatielenseffect genoemd. Een van de conclusies van het onderzoek is dat de uitdijing van het heelal inderdaad steeds meer wordt aangezwengeld door een geheimzinnige component die donkere energie wordt genoemd. In de begintijd van het heelal, toen de materie nog dicht opeengepakt zat, moest deze donkere energie het nog afleggen tegen de zwaartekracht. Maar naarmate de tijd vorderde, en het heelal groter werd, nam haar invloed toe. Dat komt onder meer tot uiting in een steeds verder vertragende groei van clusters van sterrenstelsels. Daarnaast leidt de versnelde uitdijing tot een waarneembare versterking van het zwakke gravitatielenseffect bij verre sterrenstelsels.
Meer informatie:
Hubble confirms cosmic acceleration with weak lensing

22 maart 2010
Ongeveer een kwart van het heelal bestaat uit 'donkere materie' - geheimzinnig spul dat zijn bestaat alleen verraadt door de zwaartekrachtsaantrekking die het uitoefent. Sterrenkundigen van de nationale universiteit van Mexico hebben nu onderzocht hoe deze materie zich gedraagt in de omgeving van zwarte gaten. De indruk bestond dat donkere materie een belangrijke rol heeft gespeeld bij het samenklonteringsproces waaruit, vroeg in de geschiedenis van het heelal, de eerste sterren en sterrenstelsels zijn ontstaan. De Mexicaanse sterrenkundigen hebben nu berekend op welke manier de superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels donkere materie uit hun omgeving opslokken. Daaruit blijkt dat als de hoeveelheid donkere materie in de omgeving van het zwarte gat groot genoeg is - ruwweg 7 zonsmassa's per kubieke lichtjaar - het zwarte gat dermate snel donkere materie aan zijn omgeving onttrekt, dat het omringende sterrenstelsel onherkenbaar verandert. Uit het feit dat er voor zover bekend geen populatie van zodanig misvormde sterrenstelsels bestaat, leiden de onderzoekers af dat de dichtheid van donkere materie in de kernen van sterrenstelsels nooit zeer grote waarden kan hebben bereikt. Blijkbaar weet donkere materie zich op de een of andere manier te onttrekken aan de verzamelwoede van deze zwarte gaten. En dat betekent dat de modellen die de vorming van de eerste sterren(stelsels) beschrijven wellicht moeten worden bijgesteld.
Meer informatie:
Supermassive black holes: hinting at the nature of dark matter?

10 maart 2010
In 2008 ontdekten sterrenkundigen dat een aantal verre clusters van sterrenstelsels met een snelheid van ongeveer 3 miljoen kilometer per uur gezamenlijk dezelfde kant op bewegen. Nader onderzoek heeft het bestaan van deze intergalactische optocht bevestigd. Sterker nog: hij blijkt nog veel omvangrijker te zijn dan aanvankelijk al het geval leek. De collectieve beweging van sterrenstelsels - die de 'donkere stroom' wordt genoemd - blijkt zich uit te strekken over een afstand van zeker 2,5 miljard lichtjaar. De verre clusters hebben een kleine maar meetbare snelheid die losstaat van de uitdijing van het heelal en niet groter is naarmate ze zich verder van ons vandaan bevinden. Dat blijkt uit de manier waarop het hete gas in deze clusters de fotonen van de zogeheten kosmische achtergrondstraling verstrooit. Omdat de clusters niet exact de uitdijing van de ruimte volgen, treden er in de golflengten van de verstrooide fotonen veranderingen op, waaruit een extra snelheidscomponent kan worden afgeleid. De snelheid waarmee de clusters bewegen kan redelijk goed worden bepaald. Ook staat vast dat de optocht ruwweg in het verlengde beweegt van de verbindingslijn tussen ons en het sterrenbeeld Centaurus. Maar op basis van de beschikbare gegevens kan niet met zekerheid worden vastgesteld of de clusters naar ons toe komen of van ons af bewegen (al lijkt dat laatste het meest waarschijnlijk). Wat de oorzaak is van de collectieve beweging is nog volkomen onduidelijk. De materieverdeling in het zichtbare heelal kan deze niet verklaren. Het lijkt er op dat zich voorbij de 'horizon' van het zichtbare heelal een massaconcentratie bevindt die de stelsels aantrekt.
Meer informatie:
Mysterious Cosmic 'Dark Flow' Tracked Deeper into Universe

10 maart 2010
Een analyse van meer dan 70.000 sterrenstelsels, uitgevoerd door Amerikaanse en Zwitserse sterrenkundigen, heeft aangetoond dat de regels van Einsteins relativiteitstheorie ook op afstanden van meer dan drie miljard lichtjaar geldig zijn. Verder toont hun analyse aan dat de aanwezigheid van donkere materie nog steeds de beste verklaring is voor het feit dat sterrenstelsels en clusters bewegen alsof ze de invloed ondervinden van een onzichtbare massa. Alternatieve zwaartekrachtstheorieën zoals de tensor-vector-scalar-zwaartekracht (TeVeS), die het bestaan van donkere materie proberen te omzeilen, kunnen de waargenomen zwaartekrachtseigenschappen van clusters van sterrenstelsels niet verklaren. Het nieuwe resultaat, dat deze week in Nature staat, is overigens in strijd met een ander onderzoek, dat eind vorig jaar werd gepubliceerd. Uit dat onderzoek, dat zich op het nog verdere heelal richtte, bleek dat de relativistische beschrijving van de zwaartekracht op afstanden van 8 tot 11 miljard lichtjaar niet voldoet. Hoe deze eindjes aan elkaar geknoopt moeten worden, is nog onduidelijk. Mogelijk zal gewacht moeten worden op een nieuwe generatie ruimtemissies, zoals de Joint Dark Energy Mission (JDEM) en Euclid. De resultaten daarvan worden echter pas over tien tot vijftien jaar verwacht.
Meer informatie:
Galaxy study validates general relativity on cosmic scale, existence of dark matter;

1 maart 2010
Amerikaanse en Europese sterrenkundigen, onder wie Leon Koopmans van het Kapteyn Instituut in Groningen, hebben een nieuwe meting gedaan van de zogeheten Hubble-constante - een maat voor de leeftijd en grootte van het heelal. Bij deze meting is gebruik gemaakt van een gravitatielens: een sterrenstelsel dat met zijn zwaartekracht het licht van een verder weg gelegen stelsel afbuigt, waardoor vervormde afbeeldingen van dit stelsel ontstaan. In het geval van het object B1608+656 zijn vier vervormde afbeeldingen van één en hetzelfde achtergrondstelsel te zien. Omdat B1608+656 al tien jaar lang onderzocht wordt, is de materieverdeling in het voorgrondstelsel, dat als lens fungeert, goed bekend. Dat maakt het mogelijk om heel nauwkeurig te reconstrueren welke trajecten het licht van het achtergrondstelsel heeft gevolgd, en daarmee kan de werkelijke afstand van het achtergrondstelsel worden berekend. Uit die afstand volgt dan weer de grootte van de Hubble-constante. Uit de nieuwe meting blijkt dat het heelal 13,75 miljard jaar oud is. En dat is in goede overeenstemming met eerdere bepalingen, die gebaseerd zijn op waarnemingen van verre supernova-explosies en van de kosmische achtergrondstraling - het restant van de straling die kort na de oerknal vrijkwam.
Meer informatie:
Astronomically Large Lenses Measure the Age and Size of the Universe
Dark Matter Used to Measure Age of Universe

25 februari 2010
Het internationale T2K-project, dat ontworpen is om zogeheten neutrino's te detecteren, heeft voor het eerst een neutrino waargenomen dat ondergronds de 295 kilometer tussen het dorp Tokai en de Super-Kamiokande-detector heeft overbrugd. Neutrino's zijn uiterst lichte, ongeladen deeltjes die in drie soorten voorkomen. Het heelal wemelt ervan, maar doordat ze nauwelijks door normale materie worden beïnvloed, zijn neutrino's uiterst moeilijk detecteerbaar. Lange tijd werd gedacht dat neutrino's onveranderlijke deeltjes waren, maar sinds 2001 staat vast dat de ene soort spontaan in de andere kan veranderen. T2K is speciaal opgezet om deze 'neutrino-oscillaties' te onderzoeken. Ook willen de onderzoekers vaststellen of neutrino's anders oscilleren dan hun antideeltjes, de antineutrino's. Dat laatste zou een van de belangrijkste kwesties in de natuurkunde kunnen helpen oplossen: de vraag waarom er in het heelal veel meer materie aanwezig is dan antimaterie.
Meer informatie:
First T2K neutrino event observed at Super-Kamiokande

8 februari 2010
Het is voor het eerst gelukt om vingerafdrukken van het element helium aan te tonen in de kosmische achtergrondstraling - het overblijfsel van de straling waarmee het heelal kort na de oerknal was gevuld. Helium is na waterstof het op één na meest voorkomende element in het heelal. Onderzoek van oude sterren en maagdelijke gaswolken heeft uitgewezen dat helium ongeveer een kwart uitmaakte van de normale materie die na de oerknal ontstond. Dat is nu voor het eerst ook bevestigd door metingen van de kosmische achtergrondstraling. Die metingen zijn verricht met de WMAP-satelliet en twee telescopen op Antarctica. Daarmee zijn subtiele afwijkingen ontdekt in het patroon van de kosmische achtergrondstraling die aan de aanwezigheid van helium worden toegeschreven. Helium laat zijn eigen sporen in dat patroon achter doordat het zwaarder is dan waterstof en dus van invloed is op de wijze waarop drukgolven zich door het jonge heelal voortplantten. Het onderzoek van dit 'oerhelium' staat nu nog in zijn kinderschoenen: de huidige meetresultaten zijn dan ook niet erg nauwkeurig. Maar de verwachting is dat de volgende generatie van instrumenten, zoals de vorig jaar gelanceerde Europese Planck-satelliet, hierin verbetering zal brengen.
Meer informatie:
Helium clue found in echo of the big bang
WMAP 7-Year Results Released

25 januari 2010
Het heelal raakt langzaam uitgeput. Sterren komen geleidelijk zonder brandstof te zitten, en sterrenstelsels storten ineen tot zwarte gaten. Maar hoe ver is dit proces gevorderd? Volgens Australische onderzoekers aanzienlijk verder dan tot nog toe werd gedacht. Dat blijkt uit hun berekeningen van de zogeheten entropie - een maat voor de wanorde - van het heelal. Hoe groter de entropie, des te minder energie is er beschikbaar. De Australische wetenschappers hebben alle bijdragen aan de entropie bij elkaar opgeteld en kwamen uit op een getal dat dertig keer zo groot was als eerdere schattingen. Dat is voornamelijk te wijten aan de bijdragen van de superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels. Als het heelal lang genoeg bestaat, zal er uiteindelijk een toestand ontstaan waarbij alle energie gelijkmatig over de ruimte verdeeld is. Op dat moment zal de entropie van het heelal haar maximale waarde hebben bereikt en ligt de temperatuur overal dicht bij het absolute nulpunt. Hoe lang het nog duurt voor het zover is, is nog onbekend. De onderzoekers beschouwen hun resultaat dan ook als een eerste stap: het is hun uiteindelijke doel om te berekenen hoe lang het onvermijdelijke einde nog op zich laat wachten.
Meer informatie:
Astronomers: The end is nigher than we expected

24 november 2009
De eerste grote zwarte gaten in het heelal zijn wellicht geboren in het diepe inwendige van reusachtige, sterachtige cocons. Dat zeggen onderzoekers van de universiteit van Colorado in Boulder. Volgens de bestaande inzichten zouden deze superzware zwarte gaten geleidelijk zijn ontstaan door de samenvoeging van talrijke zwarte gaten van stellair formaat. Maar volgens de sterrenkundigen in Colorado heeft zich mogelijk een heel ander, veel sneller verlopend scenario afgespeeld. Dat scenario begint met de vorming van superzware sterren, tijdens de eerste honderden miljoenen jaren na de oerknal. Deze sterren waren naar de huidige maatstaven absurd groot - ze bevatten miljoenen zonsmassa's aan materie - en bestonden slechts enkele miljoenen jaren. Aan het eind van hun bestaan stortten hun kernen in tot zwarte gaten die aanzienlijk zwaarder waren dan de stellaire zwarte gaten die nu nog ontstaan. Tijdens de vervolgfase verzwolgen deze zwarte gaten het resterende gasomhulsel van de 'superster'. Het eindresultaat was een generatie van zwarte gaten van duizenden zonsmassa's die door het opslokken van nog meer gas of door onderlinge samensmeltingen uitgroeiden tot de superzware zwarte gaten die nu in de kernen van de meeste sterrenstelsels worden aangetroffen. Als de nieuwe theorie klopt, zouden de cocons waarbinnen de eerste zwarte gaten ontstonden vanaf 2013 waarneembaar moeten zijn met de James Webb Space Telescope, de opvolger van de Hubble-ruimtetelescoop.
Meer informatie:
First Black Holes May Have Incubated In Giant, Starlike Cocoons

2 november 2009
Met een extreem gevoelig instrument op een telescoop op de Zuidpool hebben Amerikaanse en Britse kosmologen precisiemetingen verricht aan de polarisatie van de kosmische achtergrondstraling - het afgekoelde overblijfsel van de oerknal. Zulke metingen bieden niet alleen informatie over de dichtheidsverdelingen in het zeer prille heelal, maar ook over de bewegingsrichtingen en -snelheden. De polarisatiemetingen zijn uitgevoerd met het QUEST-instrument op de DASI-telescoop (Degree Angular Scale Interferometer) - een telescoop voor het waarnemen van kosmische microgolfstraling die op de geografische zuidpool staat. De resultaten, die gepubliceerd zijn in Astrophysical Journal van 1 november, stemmen nauwkeurig overeen met de voorspellingen van het standaardmodel uit de kosmologie, waarin 95 procent van de totale inhoud van het heelal gevormd wordt door mysterieuze donkere materie en donkere energie.
QUEST at DASI
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

1 oktober 2009
In de nacht van 14 op 15 september is de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) van start gegaan. Deze hemelverkenning heeft tot doel om de geschiedenis van de uitdijing van het heelal in kaart te brengen. BOSS maakt gebruik van een verschijnsel dat baryon-akoestische oscillaties wordt genoemd. Deze oscillaties zijn begonnen als drukgolven in het hete plasma van het jonge heelal, die zich aanvankelijk met grote snelheid door het heelal voortplantten. Maar toen het heelal een paar honderdduizend jaar oud was, was het zo sterk afgekoeld dat de golven tot stilstand kwamen. Het restant van deze 'bevroren' golven heeft zijn sporen achtergelaten in de ruimtelijke verdeling van sterrenstelsels. Door de afmetingen van de baryon-akoestische oscillaties te meten, kan worden vastgesteld hoe de donkere energie de uitdijing van ons heelal in de loop der tijden heeft beïnvloed. Daartoe zal BOSS de afstanden (of beter gezegd: roodverschuivingen) van 1,4 miljoen sterrenstelsels en 160.000 quasars meten - objecten die zich op afstanden van 7 tot 11 miljard lichtjaar bevinden. Ook worden de dichtheidsverschillen in het gas tussen de stelsels gemeten. Dat gebeurt met een spectrograaf waarvoor meer dan 2000 metalen platen zijn gemaakt, waarin een duizendtal kleine gaatjes zitten. Deze platen worden in het brandpunt van een 2,5-meter telescoop geplaatst. Een computergestuurd systeem prikt glasvezels in de gaatjes, zodat in één keer de spectra van een groot aantal sterrenstelsels kunnen worden opgenomen. Het waarnemingsprogramma, waaraan 160 wetenschappers van 42 instituten deelnemen, gaat vijf jaar duren. De eerste resultaten worden eind 2010 verwacht.
Meer informatie:
First light for BOSS -- a new kind of search for dark energy
A New Search For Dark Energy Begins
Kosmische Archäologie

17 september 2009
De Europese ruimtevaartorganisatie heeft de eerste waarnemingsresultaten vrijgegeven die verkregen zijn door de 'oerknalsatelliet' Planck. De kwaliteit van de waarnemingen is volgens kosmologen uitmuntend. Planck werd op 14 mei 2009 gelanceerd (samen met de infraroodkunstmaan Herschel). Vanuit een punt op anderhalf miljoen kilometer van de aarde scant de telescoop de hemel af met zeer gevoelige stralingsmeters die tot vlak boven het absolute nulpunt zijn gekoeld. Doel is het in kaart brengen van minieme temperatuurvariaties in de kosmische achtergrondstraling, het verdunde en afgekoelde overblijfsel van de energie die kort na de oerknal vrijkwam. De eerste testwaarnemingen zijn verricht tussen 13 en 27 augustus. Daarbij werd een vijftien graden brede ring aan de hemel in kaart gebracht. Planck begint nu aan het continue waarnemingsprogramma van vijftien maanden. Voorjaar 2010 zal de gehele hemel voor het eerst zijn opgemeten.
Meer informatie:
Planck first light yields promising results
Persbericht Science & Technology Facilities Council
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

19 augustus 2009
Onderzoek met de detector LIGO heeft nieuwe inzichten opgeleverd over de prille begintijd van het heelal. En dat terwijl hij feitelijk juist niets gemeten heeft (Nature, 20 augustus). LIGO - de afkorting staat voor Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - is gevoelig voor zogeheten zwaartekrachtsgolven. Dat zijn kleine rimpelingen in de structuur van ruimte en tijd, die door grote bewegende massa's worden veroorzaakt. Volgens de huidige theorieën zouden bij de oerknal - de geboorte van ons heelal - een stortvloed van die rimpelingen moeten zijn ontstaan. En zelfs nu, bijna 14 miljard jaar later, zouden deze zwaartekrachtsgolven nog detecteerbaar kunnen zijn. Maar de verschillende oerknalmodellen 'voorspellen' golven van verschillende hevigheid en frequenties. Het LIGO-onderzoek heeft een nieuwe bovengrens opgelegd aan die oerrimpelingen. Daardoor kunnen modellen die grotere rimpelingen tijdens de eerste minuut na de oerknal voorspellen geschrapt worden. Daar zitten de meest gangbare oerknalmodellen overigens niet bij. De verwachting is dat het vervolgonderzoek met 'Advanced LIGO', dat in 2014 van start gaat, het aantal kandidaattheorieën nog verder kan indammen.
Meer informatie:
LIGO listens for gravitational echoes of the birth of the universe
Gravitational Wave Observatory listens for echoes of universe's birth
British-made technology will boost the search for elusive gravitational waves
Major Advance Made in Understanding the Birth and Early Evolution of the Universe

10 augustus 2009
De allereerste zwarte gaten die in het heelal ontstonden, in de eerste paar honderd miljoen jaar na de oerknal, waren op dieet: ze slokten relatief weinig materiaal uit hun omgeving op, waardoor ze nauwelijks groeiden. Dat blijkt uit gedetailleerde simulaties die uitgevoerd zijn met een krachtige supercomputer van het Stanford Linear Accelerator Center in Californië. Kort na de oerknal ontstond de eerste generatie sterren. Die sterren waren veel zwaarder dan de zon. Sommige stortten aan het eind van hun relatief korte leven ineen tot zwarte gaten. Uit de computersimulaties blijkt echter dat die zwarte gaten nauwelijks gas uit hun omgeving konden opzuigen. Die omgeving was in een eerder stadium namelijk schoongeblazen door de energierijke straling en de krachtige deeltjeswind van de zware ster. Hoewel de zwarte gaten in de loop van vele tientallen miljoenen jaren dus nauwelijks zwaarder werden, slokten ze af en toe toch wel wat materie op, waarbij veel röntgenstraling de ruimte in werd gezonden. Die straling wist het gas op grote afstanden rond het zwarte gat te verhitten, waardoor de vorming van nieuwe sterren werd belemmerd. De computersimulaties behoren tot de meest gedetailleerde die ooit zijn uitgevoerd. Ze tonen aan dat de vorming van de eerste generatie zwarte gaten van grote invloed is geweest op de verdere ontwikkeling van het heelal. De resultaten worden binnenkort gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters.
Meer informatie:
First Black Holes Kept to a Strict Diet, Study Shows
Animatiefilmpje uit de beschreven simulatie
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

9 juli 2009
De eerste sterren in het heelal ontstonden niet uitsluitend individueel, maar soms ook in paren. Dat blijkt uit computersimulaties die zijn uitgevoerd door Amerikaanse onderzoekers (Science Express, 9 juli). De onderzoekers hebben daartoe een gedetailleerd 'virtueel heelal' gecreëerd, zoals dat er kort na de oerknal waarschijnlijk heeft uitgezien. Dat heelal was gevuld met een niet geheel gelijkmatig verdeeld mengsel van waterstof, helium en donkere materie. Uit de simulaties blijkt dat zich slechts enkele honderden miljoenen jaren na de oerknal al de eerste zware, hete sterren kunnen hebben gevormd. En in één van de vijf simulaties, die elk drie weken rekentijd kostten, ontstond een zware dubbelster.
Meer informatie:
Simulations Illuminate Universe’s First Twin Stars

3 juni 2009
Wendy Freedman, Robert Kennicutt en Jeremy Gould hebben de Cosmology Prize van de Peter and Patricia Gruber Foundation gewonnen voor het bepalen van de Hubble-constante - een maat voor de uitdijingssnelheid van het heelal. De prijs van 500.000 dollar wordt dit jaar voor de tiende keer uitgereikt. De Hubble-constante geeft aan in welk tempo de afstand tussen twee ver verwijderde sterrenstelsels toeneemt als gevolg van de uitdijing van het heelal. Die 'verwijderingssnelheid' is kleiner voor sterrenstelsels op kleine onderlinge afstand, en groter voor stelsels op grotere onderlinge afstand. Wendy Freedman (Carnegie Institution of Washington), Robert Kennicutt (University of Cambridge) en Jeremy Gould (University of Melbourne) hebben leiding gegeven aan een groot waarnemingsprogramma met de Hubble Space Telescope dat tot doel had de uitdijing van het heelal nauwkeuriger te kwantificeren. Daartoe zijn vele duizenden metingen verricht aan helderheidsvariaties van cepheïden - een bepaald type veranderlijke sterren - in andere, ver verwijderde sterrenstelsels. Het resultaat van het Hubble Key Project is een Hubble-constante van 72 kilometer per seconde per megaparsec, met een nauwkeurigheid van tien procent. Daaruit volgt een leeftijd van het heelal van iets minder dan 14 miljard jaar. De Cosmology Prize wordt op 4 augustus uitgereikt in Rio de Janeiro, tijdens de opening van de Algemene Vergadering van de Internationale Astronomische Unie.
Meer informatie:
Freedman, Kennicutt and Mould share $500,000 Gruber Cosmology Prize
Persbericht Peter and Patricia Gruber Foundation
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl;

3 juni 2009
Een internationaal team van astrofysici en computerwetenschappers is er voor het eerst in geslaagd een grootschalige berekening uit te voeren op twee gekoppelde supercomputers. Het onderzoeksteam gaat met de berekening, genaamd CosmoGrid, de vorming van grote structuren van donkere materie in het heelal in kaart brengen.
Meer informatie:
Origineel persbericht (Nederlandstalig)
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl;

29 mei 2009
De mysterieuze donkere materie in het heelal bestaat misschien toch uit bekende deeltjes. Dat beweert theoretisch fysicus Theo Nieuwenhuizen van de Universiteit van Amsterdam in een artikel in Europhysics Letters. Nieuwenhuizen oppert dat neutrino's (elektrisch neutrale deeltjes met een bijna verwaarloosbaar kleine massa) de verklaring kunnen vormen voor kosmische zwaartekrachtmetingen waaruit blijkt dat het overgrote deel van de materie in het heelal niet uit 'baryonische' materie kan bestaan (materie waaruit gewone atomen en moleculen zijn opgebouwd). Eerdere schattingen voor de mogelijke bijdrage van neutrino's waren altijd aan de lage kant, maar volgens Nieuwenhuizen zou hun massa hoger kunnen zijn dan wordt aangenomen. Bovendien veronderstelt hij dat er behalve 'linkshandige' neutrino's en 'rechtshandige' anti-neutrino's ook rechtshandige neutrino's en linkshandige anti-neutrino's bestaan (de 'handigheid' van een deeltje houdt verband met de spinrichting). De ideeën van Nieuwenhuizen vereisen wel aanpassingen in het succesvolle Standaardmodel van de deeltjesfysica, en in de populaire theorieën over het ontstaan van de groteschaalstructuur van het heelal. Precieze metingen aan de neutrinomassa worden binnen enkele jaren verwacht.
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

6 mei 2009
Het heelal lijkt steeds sneller uit de dijen en die versnelde uitdijing wordt toegeschreven aan een mysterieuze 'donkere energie'. Wat die donkere energie precies is, weet niemand - er zijn verschillende verklaringen mogelijk. Een nieuwe meting van de huidige uitdijingssnelheid van het heelal, die tot uitdrukking komt in de zogeheten Hubble-constante, brengt daar wellicht verandering in. Het resultaat, dat gebaseerd is op nauwkeurige waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop, komt uit op 74,2 kilometer per seconde per megaparsec. Een schokkend nieuw getal is dat niet, maar de foutenmarge in de meting is kleiner dan ooit: minder dan vijf procent. Met de ruimtetelescoop zijn 240 cepheïden in zeven verschillende sterrenstelsels waargenomen. Cepheïden zijn een bepaald type veranderlijke sterren. Ze hebben de prettige eigenschap dat hun lichtkracht kan worden afgelezen aan het regelmatige tempo waarin ze helderder en zwakker worden. Hierdoor kan de afstand van een cepheïde relatief gemakkelijk worden vastgesteld. Een van de onderzochte sterrenstelsels was NGC 4258, een stelsel waarvan de afstand zeer nauwkeurig bekend is dankzij waarnemingen met radiotelescopen. De overige zes waren stelsels waarin recent een supernova van type Ia - een andere afstandsindicator die tot op veel grotere afstanden waarneembaar is - te zien is geweest. Hierdoor was het mogelijk om de relatie tussen de twee verschillende methoden van afstandsbepaling te verstevigen. De nieuwe nauwkeurige Hubble-constante lijkt in overeenstemming te zijn met de meest eenvoudige interpretatie van de donkere energie: zij gedraagt zich niet zoals het dynamische veld dat kort na de oerknal voor een eerdere versnelde uitdijing van het heelal (inflatie) zorgde, maar zoals de kosmologische constante die al voorkwam in de eerste theoretische modellen van het heelal.
Meer informatie:
Refined Hubble Constant Narrows Possible Explanations For Dark Energy

1 april 2009
Een internationale samenwerking van sterrenkundigen heeft mogelijk een 'tastbaar' bewijs gevonden voor het bestaan van donkere materie in het heelal. Donkere materie is een onzichtbare substantie die het grootste gedeelte van alle massa in het heelal voor zijn rekening neemt. Het bestaan ervan wordt afgeleid uit de aantrekkingskracht die deze materie op normale, zichtbare materie uitoefent. Met de PAMELA, een satelliet voor onderzoek van de zogeheten kosmische straling, is een stortvloed aan positronen (kleine geladen deeltjes) waargenomen die een energie hebben die in overeenstemming is met de energie die vrijkomt bij het verval van donkere materie (Nature, 2 april). Donkere materie is trouwens niet de enige bron die zulke energierijke positronen kan produceren: ook een relatief nabije pulsar (rondtollende neutronenster) of 'microquasar' (een dubbelster bestaande uit een normale ster en een neutronenster of zwart gat) komen in aanmerking.
Meer informatie:
Observation of an anomalous positron abundance in the cosmic radiation
The space mission PAMELA

16 februari 2009
Sterrenkundigen staan op het punt om de oerknaltheorie aan een grondige test te onderwerpen. Deze test bestaat uit het detecteren van de 'groeisprong' die het heelal tijdens de eerste fractie van een seconde van zijn bestaan heeft doorgemaakt. In die korte tijdspanne, 13,7 miljard jaar geleden, zou het heelal in één klap zijn opgezwollen van iets dat kleiner was dan een atoom tot de afmetingen van een sinaasappel. Dat lijkt weinig spectaculair, maar het onderlinge verschil is een factor 10 tot macht 30: een miljoen biljoen biljoen. Tijdens deze zogeheten kosmische inflatie zouden verstoringen in ruimte en tijd zijn ontstaan: zogeheten gravitatiegolven. De hoop bestaat dat de uitwerking van deze golven waarneembaar is met een speciale radiotelescoop die sinds februari 2007 op Antarctica staat. Deze South Pole Telescope wordt momenteel van een nieuw meetinstrument voorzien (een polarimeter), dat gevoelig genoeg kan zijn om de gravitatiegolven uit de kosmische oertijd te detecteren.
Meer informatie:
Cosmologists aim to observe first moments of universe

19 december 2008
Ons Melkwegstelsel neemt geen bijzondere plaats in in het heelal. Dat concluderen onderzoekers van de Universiteit van British Columbia in een artikel dat gepubliceerd wordt in Physical Review Letters. Sommige kosmologen hebben de afgelopen jaren gesuggereerd dat het Melkwegstelsel zich misschien in het centrum van een gigantische kosmische holte zou bevinden, waarin de materiedichtheid lager is dan gemiddeld. In dat geval zou de illusie ontstaan dat de uitdijing van het heelal in de afgelopen paar miljard jaar is versneld. De Canadese astronomen hebben de voorspellingen van zo'n 'holte-heelal' nu echter nauwkeurig vergeleken met waarnemingen van onder andere de kosmische achtergrondstraling, en komen tot de conclusie dat de metingen niet te rijmen zijn met het bestaan van zo'n gigantische holte met het Melkwegcentrum in het midden. Dat betekent dat de versnellende uitdijing van het heelal, zoals die blijkt uit waarnemingen van verre supernova's, geen illusie is, maar daadwerkelijk plaatsvindt, vermoedelijk als gevolg van een mysterieuze donkere energie van de lege ruimte.
Meer informatie:
Earth not centre of the universe, surrounded by "dark energy": UBC cosmologists
Vakpublicatie over de ontdekking
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

16 december 2008
Theoretici van het California Institute of Technology in Pasadena denken dat precisiewaarnemingen van toekomstige satellieten zoals de Europese Planck-kunstmaan misschien informatie zullen opleveren over wat er vóór de oerknal kwam. Planck gaat zeer nauwkeurige metingen verrichten aan de kosmische achtergrondstraling - een afgekoeld overblijfsel van de energie van de oerknal dat eerder in kaart is gebracht door de Amerikaanse WMAP-kunstmaan (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). WMAP ontdekte dat de minieme temperatuurfluctuaties in de achtergrondstraling niet precies symmetrisch over de hemel zijn verdeeld, zoals wordt voorspeld door de populaire inflatietheorie voor de allervroegste evolutie van het uitdijende heelal. Marc Kamionkowski, Adrienne Erickcek en Sean Carroll schrijven in een artikel dat vandaag in Physical Review D verschijnt dat die asymmetrie verklaard kan worden door aan te nemen dat er bepaalde verstoringen bestonden in het curvaton-veld - een energieveld dat verantwoordelijk wordt gehouden voor het ontstaan van de fluctuaties. Die verstoringen zouden overblijfselen kunnen zijn van gebeurtenissen die zich vóór de oerknal afspeelden, aldus de drie auteurs. Veel (speculatieve) kosmologische en natuurkundige theorieën houden er rekening mee dat er wel degelijk iets was voor de oerknal, hoewel daar tot nu toe geen steekhoudende argumenten voor zijn.
Meer informatie:
Caltech Researchers Interpret Asymmetry in Early Universe
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

16 december 2008
Met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory hebben astronomen van het Harvard-Smithonian Center for Astrophysics sterke, onafhankelijke aanwijzingen gevonden voor het bestaan van donkere energie - een mysterieuze vacuümenergie die als een soort antizwaartekracht de lege ruimte 'opblaast' en op die manier verantwoordelijk is voor de versnellende uitdijing van het heelal. Het bestaan van donkere energie werd tien jaar geleden afgeleid uit precisiemetingen aan verre supernova-explosies. De Chanra-waarnemingen bieden echter een compleet onafhankelijk bewijs. Alexey Vikhlinin en zijn collega's hebben van tientallen clusters van sterrenstelsels, op zeer uiteenlopende afstanden, de verdeling van heet intergalactisch gas bepaald. Op die manier werd een beeld verkregen van de manier waarop clusters in de loop van miljarden jaren groeien. Door de versnellende uitdijing van het heelal wordt de groei van structuren onder invloed van de zwaartekracht echter vertraagd, en dat is precies het effect dat Chandra nu heeft waargenomen. De resultaten worden op 10 februari gepubliceerd in The Astrophysical Journal.
Meer informatie:
Dartk Energy Found Stifling Growth in Universe
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

24 september 2008
Vorige week vrijdag is tijdens de voorbereidingen voor de eerste botsingen in de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN een probleem opgetreden waardoor de versneller de komende maanden niet in bedrijf zal zijn. De al geplande winterstop maakt dat de versneller in het voorjaar van 2009 pas weer opnieuw opgestart zal worden. Het opstarten gaat dan wel sneller dan dit najaar het geval was, omdat veel voorbereidend werk al gedaan is. Het probleem op vrijdagochtend 19 september betrof hoogstwaarschijnlijk een elektrische verbinding tussen twee magneten. Er gingen op dat moment geen protonen door de versneller. Door het defect lekte helium in de tunnel waardoor het even duurde voordat experts ter plaatse de schade konden opnemen. Waarschijnlijk is de oorzaak een kapotte verbinding tussen twee magneten geweest, waardoor deze smolt en de hoge temperatuur vervolgens zorgde voor mechanische problemen met de supergeleidende magneten. De precieze schade wordt nog nader onderzocht. De sector waar het incident optrad moet opgewarmd worden, gerepareerd en weer afgekoeld naar -271 graden Celsius, wat zonder de reparatietijd zelf al minimaal een maand of drie gaat duren. Voor deze winter stond een stop gepland om nog wat aanpassingen te doen. Besloten is nu om dat aansluitend met de reparaties te doen en volgend voorjaar weer van start te gaan.
Meer informatie:
Origineel persbericht (Nederlandstalig)

10 september 2008
Woensdag 10 september is de nieuwe deeltjesversneller, de Large Hadron Collider op het CERN in Genève van start gegaan. De eerste protonen zijn in de 27 km lange en sterk gekoelde tunnel (-271,1 graden Celsius) geïnjecteerd en hebben woensdagmorgen een eerste volledige ronde gemaakt. Deze eerste echte test van het complexe systeem verliep zonder grote problemen. De verwachting is dat de eerste botsingen van protonen de komende maand plaatsvinden. Tot die tijd worden de versneller en de detectoren die de botsingsproducten signaleren nog verder afgesteld en afgebouwd. De start markeert een belangrijk moment, bereikt na ruim twee decennia lang ontwerpen en bouwen. Ruim anderhalf jaar duurt de ingebruikname van de versneller nu. Het koelen van de magneten duurde bijvoorbeeld al maanden. Begin september werden de eerste kleine stukjes tunnel door de protonen uitgetest, waarbij bij het LHCb-experiment meteen een mooie meting werd gedaan met behulp van een Nederlands detectoronderdeel. De protonen zijn afkomstig van waterstofatomen die ter plekke gestript worden, wat betekent dat zij hun enige elektron kwijt raken. Het kale proton dat overblijft is nodig voor de experimenten van de LHC. In een voorversneller worden de protonen versneld en in de tunnel geïnjecteerd, waar ze hun rondes maken tot ze worden 'gedumpt' of bij een botsing uit elkaar spatten. Deze proton-protonbotsingen volgen binnenkort. De eerste volledige rondes in de LHC is een bijzondere mijlpaal voor de ruim tweehonderd Nederlandse onderzoekers en technici die aan de LHC hebben meegewerkt. Prof. dr. Marcel Merk, projectleider van het LHCb-experiment, stelt enthousiast: 'Na jarenlang geïnvesteerd te hebben in het bouwen van de LHC-versneller en state-of-the-art deeltjesdetectoren breekt nu het tijdperk aan waarin we de fundamentele natuurwetten verder gaan ontrafelen.' Nederland bouwde mee aan onderdelen van drie van de vier grote detectoren die botsingen van de LHC gaan analyseren: ALICE, ATLAS en LHCb. ALICE bestudeert het quarkgluonplasma, een nieuwe toestand van materie die ten tijde van de oerknal bestond; ATLAS zoekt naar het Higgsdeeltje, nodig om de massa van materiedeeltjes te verklaren (de ontbrekende schakel in het Standaard Model), en LHCb wil antwoord krijgen op de vraag waarom er geen antimaterie meer is, hoewel na de oerknal evenveel materie als antimaterie aanwezig moet zijn geweest. Prof. dr. Frank Linde, directeur van Nikhef, zegt: 'Mijn mooiste moment als wetenschapper was in 1989 de start van CERN's LEP-versneller. Nu staat een hele nieuwe generatie jonge wetenschappers op het punt ontzettend mooie en spannende fysica te gaan doen met CERN's LHC. Mijn handen jeuken en eigelijk ben ik gewoon jaloers op al diegenen die de komende maanden de eerste proton-protonbotsingen mogen analyseren!'
Meer informatie:
Origineel persbericht (Nederlandstalig)
Persbericht CERN
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

31 juli 2008
Niet lang na het ontstaan van het heelal, 13,7 miljard jaar geleden, moeten de eerste sterren zijn gevormd. Deze sterren zijn inmiddels allang verdwenen, maar nieuwe computersimulaties, uitgevoerd door onderzoekers uit Japan en de VS, gunnen ons nu een gedetailleerde blik op die stellaire oertijd (Science, 1 augustus). Uit de computersimulaties blijkt dat de zeer kleine dichtheidsverschillen in de materie van het prille heelal voldoende waren om de zwaartekracht zijn werk te laten doen. Daarbij konden zich kleine protosterren van ongeveer een honderdste zonsmassa vormen, die waarschijnlijk binnen enkele duizenden jaren konden uitgroeien tot zware sterren van vele tientallen zonsmassa's - al is die laatste ontwikkeling nog niet gedetailleerd onderzocht. De eerste generatie van zware sterren zou na een kort leven van ruwweg een miljoen jaar het heelal al heel vroeg hebben verrijkt met elementen zwaarder dan helium. De onderzoekers hopen uiteindelijk de hele ontstaansgeschiedenis van de eerste sterren te kunnen nabootsen, maar daarvoor zijn (nog) krachtigere computers en meer gegevens over de omstandigheden in het vroege heelal nodig.
Meer informatie:
The First Stars
Lifeless Suns Dominated The Early Universe

30 juli 2008
Sterrenkundigen van de universiteit van Hawaï zeggen direct bewijs te hebben gevonden voor het bestaan van de zogeheten donkere energie. Donkere energie is de naam die gegeven is aan de mysterieuze kracht die het heelal - tegen de zwaartekracht in - versneld doet uitdijen. Deze kracht is nu op heterdaad betrapt door bestudering van subtiele verschillen in de kosmische microgolfachtergrondstraling - het overblijfsel van de straling waarmee het heelal kort na de oerknal was gevuld. Waar deze straling een supercluster (een kolossale verzameling van sterrenstelsels) betreedt, moet de frequentie c.q. energie ervan een beetje toenemen. En bij het verlaten van de supercluster zou de straling deze energie weer moeten verliezen. De tocht door zo'n supercluster duurt echter dermate lang - ruwweg een half miljard jaar - dat de donkere energie de supercluster ondertussen wat uit elkaar trekt. Hierdoor houdt de microgolfstraling aan het eind van haar tocht een beetje van de bij binnenkomst verkregen energie over. Door een bestaande database van sterrenstelsels te vergelijken met een nauwkeurige kaart van de kosmische achtergrondstraling, hebben de onderzoekers vastgesteld dat deze microgolfstraling na de passage van een supercluster inderdaad wat meer energie heeft gekregen. Het omgekeerde gebeurt als de straling een grote leegte in het heelal doorkruist. Volgens de sterrenkundigen is dat met meer dan 99 procent zekerheid te danken aan de donkere energie.
Meer informatie:
Hawaï Scientists Find Direct Evidence of "Dark Energy" in Supervoids and Superclusters

19 juni 2008
De massaverhouding tussen een proton en een elektron (1836,15) was zes miljard jaar geleden gelijk aan de huidige waarde. Dat blijkt uit radiowaarnemingen aan een verre quasar die deze week in Science gepubliceerd worden. Volgens sommige natuurkundetheorieën zijn de natuurconstanten misschien niet echt constant, maar zouden ze in de beginperiode van het heelal andere waarden gehad kunnen hebben dan nu. Christian Henkel van het Max Planck Institut für Radioastronomie in Bonn en zijn collega's hebben nu in elk geval aangetoond dat één natuurconstante, de massaverhouding tussen protonen en elektronen, de afgelopen zes miljard jaar niet veranderd is. Met de 100 meter grote radiotelescoop van Effelsberg onderzochten ze de verre quasar B0218+367, waarvan het licht gedeeltelijk onderschept wordt door een sterrenstelsel op zes miljard lichtjaar afstand. De precieze golflengte waarop ammoniakmoleculen licht absorberen, is afhankelijk van de genoemde massaverhouding. Door de waargenomen golflengte van de ammoniakabsorptielijnen te vergelijken met die van andere lijnen in het spectrum van de quasar, kon vatsgesteld worden dat de massaverhouding tussen protonen en elektronen zes miljard jaar geleden, toen het heelal ongeveer half zo oud was als nu, dezelfde waarde had als tegenwoordig. De resultaten worden deze week gepubliceerd in Science .
Meer informatie:
Earth's laws still apply in distant Universe
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

14 mei 2008
Eind vorig jaar maakten sterrenkundigen bekend dat een koele plek die eerder op kaarten van de kosmische achtergrondstraling - het overblijfsel van de intense straling van de oerknal - was ontdekt, samenviel met een gebied aan de hemel waar nauwelijks sterrenstelsels te zien zijn. Blijkbaar bestond er een groot, leeg gebied in het heelal, met een middellijn van ruwweg een miljard lichtjaar, dat zich met de bestaande kosmologische theorieën maar moeilijk liet verklaren. Uit een nieuwe (statistische) analyse door Britse en Amerikaanse sterrenkundigen blijkt dat dit waarschijnlijk ook niet nodig is: het gat bestaat niet. Op de eerste plaats blijken de koele plek in de kosmische achtergrondstraling en het lege gebied aan de hemel niet precies samen te vallen. En op de tweede plaats blijken er heel wat meer sterrenstelsels in het lege gebied te zitten dan aanvankelijk werd gedacht. Maar daarmee is het probleem nog niet helemaal opgelost: de mysterieuze koude plek in de kosmische achtergrondstraling blijft.
Meer informatie:
Huge hole in the cosmos disappears

13 mei 2008
Sterrenkundigen zijn er met behulp van de Very Large Telescope voor het eerst in geslaagd om koolmonoxide-moleculen te detecteren in een sterrenstelsel op bijna 11 miljard lichtjaar van de aarde. Deze detectie maakt het mogelijk om de temperatuur van het verre heelal te meten. Opmerkelijk genoeg is het sterrenstelsel zelf door zijn grote afstand niet waarneembaar: het verraadt zijn bestaan doordat het bepaalde golflengten van het licht van een nog verder weg gelegen object (een quasar) absorbeert. Het gedetecteerde koolmonoxide maakt deel uit van het interstellaire gas in het stelsel - het gas tussen daar aanwezige de sterren dus. Uit de waarnemingen blijkt dat de fysische eigenschappen van dit gas vergelijkbaar zijn met die van het interstellaire gas in ons eigen Melkwegstelsel. Maar belangrijker is dat de koolmonoxide-moleculen ook konden worden gebruikt om de temperatuur te meten van het heelal zoals dat 11 miljard jaar geleden was. Ervan uitgaande dat ons heelal het resultaat is van een extreem hete 'oerknal', zou de temperatuur ter plaatse van het verre sterrenstelsel hoger moeten zijn dan die van onze lokale omgeving. En dat blijkt heel goed te kloppen: de oerknaltheorie voorspelt een temperatuur van 9,3 kelvin (ruim 9 graden boven het absolute nulpunt), de metingen komen uit op 9,15 kelvin, met een onzekerheid van 0,7 graden.
Meer informatie:
A molecular thermometer for the distant universe

7 maart 2008
Het Amerikaanse ruimtevaartagentschap NASA heeft deze week de gegevens vrijgegeven die de afgelopen vijf jaar zijn verzameld met de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Deze satelliet brengt heel nauwkeurig de zogeheten kosmische achtergrondstraling in kaart - het schrale overblijfsel van de straling waarmee het heelal kort na de oerknal gevuld was. Door heel nauwkeurig de minuscule verschillen in de verdeling van de achtergrondstraling te meten, kan informatie worden verkregen over de leeftijd, samenstelling en evolutie van het heelal. Eén van de ontdekkingen die WMAP daarbij heeft gedaan is dat het heelal vroeger veel meer neutrino's en veel minder donkere energie bevatte dan nu. Ongeveer 400.000 jaar na de oerknal bestond het heelal voor 63% uit donkere materie, 15% fotonen, 12% atomen, 10% neutrino's en een verwaarloosbare hoeveelheid donkere energie. Inmiddels is, door de uitdijing van het heelal, het aandeel neutrino's gezakt tot minder dan één procent, terwijl de donkere energie - de geheimzinnige kracht die ervoor zorgt dat het heelal versneld uitdijt - zich helemaal niets van de kosmische uitdijing lijkt aan te trekken: haar aandeel is gestegen tot 72 procent. Een volgende conclusie is dat de herionisatie van het waterstofgas in het heelal, veroorzaakt door de eerste generatie sterren, een langdurig proces is geweest dat ongeveer 400 miljoen jaar na de oerknal begon en pas een half miljard jaar later ten einde kwam. En ten slotte hebben de WMAP-resultaten strengere grenzen opgelegd aan de zogeheten inflatieperiode - de korte periode direct na de oerknal, waarin het minuscule heelal in één klap de grootte van een golfbal bereikte. Sommige varianten van de inflatietheorie kunnen nu doorgestreept worden.
Meer informatie:
WMAP Reveals Neutrinos, End Of Dark Ages, First Second Of Universe
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

30 januari 2008
Europese sterrenkundigen hebben met behulp van de Very Large Telescope in Chili de ruimtelijke verdeling en bewegingen van duizenden verre sterrenstelsels in kaart gebracht (Nature, 31 januari). Met dit soort onderzoek hopen zij meer inzicht te krijgen in de uitdijing van het heelal en met name de versnelling daarvan. De ontdekking van de versnellende kosmische uitdijing, inmiddels alweer tien jaar geleden, kan twee dingen betekenen. Ofwel bestaat er inderdaad een mysterieuze kracht (de 'donkere energie'), die op kosmische schaal een afstotende werking heeft en de zwaartekracht tegenwerkt. Ofwel is de zwaartekrachtstheorie zoals we die nu kennen onvolledig. Tot nog toe kan op basis van waarnemingen geen keuze tussen beide opties worden gemaakt: ook het nieuwe onderzoek geeft nog niet echt uitsluitsel, maar de resultaten lijken in het voordeel van de donkere energie uit te vallen. De sterrenkundigen hebben van 13.000 stelsels op afstanden tot 7 miljard lichtjaar het spectrum opgenomen. Bij zulke grote afstanden levert de kosmische roodverschuiving, die het gevolg is van de uitdijing van het heelal, verreweg de grootste bijdrage aan de waargenomen snelheden. Maar naast deze algemene vluchtbeweging vertonen stelsels ook kleine 'eigenbewegingen' die het gevolg zijn van hun onderlinge zwaartekrachtsaantrekkingen. Een gebied in de ruimte waar zich meer materie dan gemiddeld bevindt, zal stelsels in de omgeving sneller aantrekken dan een leger gebied. De eigenbewegingen die dat oplevert, veroorzaken een kleine, maar meetbare verstoringen in de ruimtelijke verdeling van de stelsels. En door de mate van verstoring te meten voor nabije en verre stelsels, kan onderzocht worden hoe het samenklonteringsproces van de materie zich in de loop van de miljarden jaren heeft ontwikkeld. Uit dat laatste kan dan weer worden afgeleid of, en in welke mate, de donkere energie daarbij een rol heeft gespeeld. De foutenmarges in het recente onderzoek zijn nog groot, maar verwacht wordt dat door de spectra van nóg verder weg gelegen stelsels op te nemen, de twijfels over het bestaan van de donkere energie definitief kunnen worden weggenomen.
Meer informatie:
Probing the cosmic Web of the Universe
Spurensuche im kosmischen Netz

28 januari 2008
Met een extreem grote toekomstige radiotelescoop moet het mogelijk zijn om de populaire snaartheorie te testen. Dat beweert natuurkundige Benjamin Wandelt van de Universiteit van Illinois in een artikel dat verschijnt in Physical Review Letters . De snaartheorie beschrijft elementaire deeltjes als kleine, ééndimensionale 'snaartjes', en is een kanshebber voor de langgezochte 'theorie van alles' die een beschrijving van alle bekende natuurkrachten moet geven. Experimentele tests van de snaartheorie zijn echter niet voorhanden. Maar als de snaartheorie klopt, en als er in de eerste ogenblikken van het heelal een bepaalde vorm van 'inflatie' (exponentiële uitdijing) plaatsvond, zo rekent Wandelt voor, dan moet er een netwerk van kosmische snaren zijn gevormd in het prille heelal - 'weeffouten' in de structuur van de ruimtetijd. Die beïnvloeden de dichtheid van het neutrale waterstofgas in het vroege heelal, en dat moet waarneembaar zijn met extreem gevoelige radiotelescopen: de karakteristieke 21 cm-straling van neutraal waterstof is door de uitdijing van het heelal uitgerekt tot een radiogolflengte van zo'n twintig meter. Om het zwakke signaal gedetailleerd te bestuderen, is echter een telescopenpark nodig met een totaal oppervlak van meer dan duizend vierkante kilometer. Voorlopig blijft de snaartheorie zich dus nog wel even onttrekken aan experimentele verificatie.
Meer informatie:
Scientists propose test of string theory based on neutral hydrogen absorption
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

7 december 2007
Veel van de gasmassa van het heelal zit verborgen in het web van kosmische filamenten, die zich over honderden miljoenen lichtjaren uitstrekken. Dat is de conclusie die onderzoekers van de universiteit van Colorado in Boulder trekken uit een nieuwe computersimulatie. Volgens het kosmologische standaardmodel bestaat het heelal voor 70 procent uit donkere energie, voor 25 procent uit donkere materie van onbekende aard en slechts voor 5 procent uit normale materie. Maar zelfs deze laatste component is voor bijna de helft spoorloos. Uit de recente computersimulatie blijkt nu dat deze materie gezocht moet worden in het zogeheten 'warm-hete intergalactische medium'. Het (geïoniseerde) gas zou zich hebben verzameld in grote wolken tussen de clusters van sterrenstelsels die de filamenten van het kosmische web vormen. Volgens de onderzoekers kan dit gas worden opgespoord met de grote (sub)millimetertelescopen die momenteel op de Zuidpool en in Chili worden gebouwd.
Meer informatie:
CU-Boulder Supercomputer Simulation Of Universe Expected To Help In Search For Missing Matter

3 december 2007
Volgens onderzoekers van de universiteit van Utah is het denkbaar dat de eerste sterren in het heelal geen licht gaven. De donkere sterren zouden 400 tot 200.000 keer zo groot kunnen zijn geweest als onze zon en hun energie hebben verkregen van de annihilatie van donkere materie. Het is zelfs mogelijk dat er nog steeds van deze donkere reuzensterren bestaan. In dat geval zouden ze hun bestaan verraden door het uitzenden van gammastraling, neutrino's en antimaterie. Het is voor het eerst dat de donkere materie, die cruciaal is voor de evolutie van sterrenstelsels en het heelal als geheel, een rol wordt toegedicht in het ontstaan van de eerste sterren. De meer conventionele theorieën over de sterren die 13 miljard jaar geleden het heelal begonnen te bevolken, gaan ervan uit dat zij gewoon uit samentrekkende wolken van waterstof en helium zijn ontstaan. Maar volgens het onderzoek van de Amerikaanse (astro)fysici zou de alom aanwezige donkere materie het samentrekken van die gaswolken hebben verhinderd, doordat er bij de onderlinge annihilatie van deeltjes donkere materie veel energie vrijkwam. Hierdoor zouden de 'sterren' niet eens aan de gebruikelijke fusie van waterstof zijn toegekomen en een reusachtige omvang hebben behouden.
Meer informatie:
Were The First Stars Dark?

29 november 2007
Wetenschappers van McMaster University in Canada hebben een oplossing bedacht voor één van de gebreken van het huidige standaardmodel voor de evolutie van het heelal. Volgens dit zogeheten CDM-model - CDM staat voor koude donkere materie - zou er veel meer donkere materie in de centrale delen van sterrenstelsels aanwezig moeten zijn dan uit de waarnemingen blijkt. Volgens de Canadese onderzoekers is dat gebrek verklaarbaar: het zou het gevolg zijn van de veelvuldige supernova-explosies die vroeg in de ontwikkeling van een sterrenstelsel optreden (Science, 30 november). Om die hypothese te onderzoeken, hebben zij een computermodel opgezet, waarin het gedrag van normale én donkere materie in jonge dwergstelsels wordt nagebootst. Volgens dat model worden de interstellaire gaswolken in zulke stelsels door achtereenvolgende supernova-explosies zodanig heen en weer geduwd, dat de donkere materie grotendeels uit het kerngebied verdwijnt.
Meer informatie:
Scientists solve cosmological puzzle

12 november 2007
De Nederlandse radioastronoom Gerrit Verschuur zet vraagtekens bij de kaarten van de kosmische achtergrondstraling. Deze kaarten, vervaardigd door satellieten als COBE (Cosmic Background Explorer) en WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) laten mineiem temperatuurverschillen in de achtergrondstraling zien, die toegeschreven worden aan kleine dichtheidsverschillen in het pasgeboren heelal. De kosmische achtergrondstraling is het afgekoelde overblijfsel van de oerknal, en het onderzoek aan de waargenomen temperatuurverschillen ligt aan de basis van de huidige ideeën over oorsprong en vroege evolutie van het heelal. Maar volgens Verschuur, als adjunct hoogleraar natuurkunde verbonden aan de Universiteit van Memphis, zijn er opvallende overeenkomsten tussen de WMAP-kaarten en kaarten van de radiostraling in ons eigen Melkwegstelsel. Die radiostraling wordt uitgezonden door ijl waterstofgas in de ruimte tussen de sterren, en is pas vrij recent gedetailleerd over de gehele hemel in kaart gebracht. Volgens Verschuur, die zijn ideeën binnenkort publiceert in The Astrophysical Journal , zijn de WMAP-waarnemingen mogelijk niet voldoende gecorrigeerd voor de storende 'voorgrondeffecten' van het waterstofgas. Dat zou betekenen dat de achtergrondstraling minder structuur vertoont dan tot nu toe is aangenomen.
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

2 november 2007?
Nieuwe berekeningen door onderzoekers van de universiteit van Alabama (VS) zouden erop kunnen duiden dat het heelal twintig procent minder massa bevat dan tot nog toe werd gedacht. Dat is het gevolg van de ontdekking dat een bepaald soort rontgenstraling, die in 2002 nog aan intergalactische gaswolken werd toegeschreven, waarschijnlijk van veel lichtere deeltjes afkomstig is. De straling zou voor rekening komen van elektronen die in botsing komen met fotonen van de kosmische achtergrondstraling. Daarmee kan een belangrijke kandidaat voor de verklaring van (een deel van) de ontbrekende materie in het heelal worden weggestreept. Erger nog: dezelfde elektronen zouden ook een deel van de 'harde' rontgenstraling produceren die tot nog toe aan heet gas in de centra van clusters van sterrenstelsels werd toegeschreven. In dat geval is nog meer materie 'zoek' dan gedacht. Deze ontbrekende materie is nodig om de zwaartekracht te kunnen verklaren die sterrenstelsels en groepen van sterrenstelsels bijeenhoudt.
Meer informatie:
A big chunk of the universe is missing - again

1 oktober 2007
Een onderzoeker van het Niels Bohr-institiuut in Kopenhagen heeft een nieuw stukje toegevoegd aan de puzzel van de mysterieuze donkere materie. Dat de materie in het heelal voor het overgrote deel onwaarneembaar is, staat al vast sinds de jaren zeventig. Donkere materie verraadt haar bestaan door de zwaartekracht die zij uitoefent, maar waaruit zij bestaat, is onduidelijk. Een mooie proeftuin voor het onderzoek van donkere materie wordt gevormd door botsende clusters van sterrenstelsels. Bij zo'n ontmoeting raken noch de afzonderlijke stelsels, noch de donkere materie bij botsingen betrokken. Maar ongeveer twaalf procent van de massa van een cluster bestaat uit grote hete gaswolken, die röntgenstraling uitzenden. Met röntgentelescopen is dan ook te zien hoe dit gas letterlijk uit de botsende clusters wordt geperst; de donkere materie blijft op haar plek. Volgens één van de theorieën die de donkere materie trachten te verklaren, bestaat deze materie uit bijzondere deeltjes, zoals axionen. En zulke deeltjes zouden bij hun verval óók röntgenstraling uitzenden. Om zulke donkere materie te ontdekken, zou je dus op zoek moeten gaan naar objecten in het heelal waar veel donkere materie is en weinig normaal heet 'röntgengas': naar botsende clusters dus. De Deense astrofysicus Signe Riemer-Sørensen heeft nu één zo'n superbotsing nader onderzocht en vastgesteld dat hier, buiten het uitgestoten hete gas, geen noemenswaardige hoeveelheden röntgenstraling worden geproduceerd. Dat betekent dat áls donkere materie uit de exotische axionen bestaat, deze deeltjes zeer stabiel moeten zijn.
Meer informatie:
The dark matter of the universe has a long lifetime

13 september 2007
De oudste sterren in het heelal zullen wellicht uitsluitsel kunnen geven over de aard van de donkere materie in het heelal. Dat schrijven onderzoekers in het meest recente nummer van Science (14 september). Dat de materie in het heelal grotendeels uit donkere materie bestaat, is een gegeven. Maar waar die donkere materie dan weer uit bestaat, is onzeker. Er zijn ruwweg twee mogelijkheden: zij bestaat ofwel uit zware, relatief trage deeltjes (koude donkere materie) ofwel uit lichte, snel bewegende deeltjes (hete donkere materie). Uit computersimulatie blijkt dat in het laatste geval de eerste sterren in het heelal in compacte groepen zouden zijn gevormd, terwijl dat in het laatste geval eerder in duizenden lichtjaren lange linten zou zijn gebeurd. Door de oudste sterren op te sporen, zou je theoretisch kunnen vaststellen of de donkere materie in het heelal 'koud' of 'heet' is. Onder invloed van koude donkere materie zouden voornamelijk zware sterren zijn ontstaan, die allang uitgedoofd moeten zijn. Maar in het geval van hete donkere materie zouden naast zware sterren ook grote aantallen lichte sterren zijn gevormd, die ook nu nog kunnen bestaan. Mochten er in ons Melkwegstelsel van die primitieve sterren worden waargenomen - ze zijn herkenbaar aan hun afwijkende chemische samenstelling - dan zou dat een sterke aanwijzing zijn voor het hete karakter van de donkere materie.
Meer informatie:
Study sheds new light on early star formation in the universe
Oldest stars may shed light on dark matter

23 augustus 2007
Op ongeveer acht miljard lichtjaar afstand van de aarde in de richting van het sterrenbeeld Eridanus is een gigantische 'holte' in het heelal ontdekt. Het gaat om een gebied met een middellijn van ongeveer één miljard lichtjaar waarin vrijwel geen sterrenstelsels voorkomen. Ook bevat de superholte geen grote hoeveelheden intergalactisch gas of donkere materie. Het bestaan van zulke enorm uitgestrekte 'lege' gebieden is moeilijk te verklaren met de huidige theorieën over de evolutie van het heelal. De superholte is door sterrenkundigen van de Universiteit van Minnesota ontdekt in de NRAO VLA Sky Survey (NVSS), die tussen 1993 en 1997 werd uitgevoerd met de Amerikaanse Very Large Array-radiotelescoop in New Mexico en waarmee enkele miljoenen individuele objecten (voornamelijk sterrenstelsels) in kaart zijn gebracht. De ligging van de superholte aan de hemel komt overeen met een relatief koel gebied in de hemelkaart van de kosmische achtergrondstraling. Deze 'WMAP Cold Spot' (genoemd naar de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe waarmee de achtergrondstraling gedetailleerd in kaart is gebracht) ontstaat waarschijnlijk doordat fotonen van de achtergrondstraling een beetje energie verliezen tijdens hun lange reis door het lege gebied. De ontdekking van de superholte wordt binnenkort gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters.
Meer informatie:
Astronomers Find Enormous Hole in the Universe
NRAO VLA Sky Survey
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

28 juni 2007
Een internationaal team van sterrenkundigen heeft de tot op heden meest gedetailleerde computersimulatie van het heelal uitgevoerd. Daarbij is voor het eerst ook rekening gehouden met de evolutie van de superzware zwarte gaten die in de kernen van bijna alle sterrenstelsels worden aangetroffen. Uit waarnemingen was eerder al gebleken dat deze zwarte gaten, die vermoedelijk ontstaan zijn door de samenklontering van de zwarte gaten die door de eerste zware sterren zijn achtergelaten nadat zij als supernova waren geëxplodeerd, een belangrijke rol hebben gespeeld bij de vorming van sterrenstelsels. In het computermodel vinden, net als in de werkelijkheid, regelmatig botsingen tussen stelsels plaats. Bij zo'n botsing smelten uiteindelijk ook de aanwezige superzware zwarte gaten samen, wat een enorme uitbarsting van energie oplevert. Het model houdt niet alleen rekening met deze samensmeltingen, maar ook met andere kosmische verschijnselen, zoals afkoelend gas, aangroeiende zwarte gaten en supernova-explosies.
Meer informatie:
Carnegie Mellon Leads International Team in Conducting Most Detailed Cosmological Simulation to Date
Fixing The Holes

22 mei 2007
Volgens de vooraanstaande natuurkundigen Lawrence Krauss van de Case Western Reserve University en Robert Scherrer van de Vanderbilt-universiteit is het over pakweg drie biljoen jaar niet langer mogelijk om kosmologie te bedrijven. Alle aanwijzingen die informatie bevatten over oorsprong, evolutie en grote-schaalstructuur van het heelal zullen tegen die tijd verdwenen zijn achter de zogeheten waarnemingshorizon. Dat is het gevolg van de versnellende uitdijing van het heelal. Als er dan nog sterrenkundigen leven, zullen die alleen in staat zijn om de eigenschappen van ons eigen Melkwegstelsel te bestuderen. De kosmische achtergrondstraling - het afgekoelde overblijfsel van de oerknal - is dan zo sterk roodverschoven dat er niets meer van is waar te nemen. Ook zijn er geen andere sterrenstelsels meer zichtbaar waaruit de uitdijing van het heelal kan worden afgeleid. Krauss en Scherrer publiceren hun bevindingen in oktober in het vakblad Journal of Relativity and Gravitation ; ze hebben er een prijs mee gewonnen van de Gravity Research Foundation.
Meer informatie:
Cosmologists predict a static universe in 3 trillion years
Gravity Research Foundation
Het artikel van Krauss en Scherrer
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

25 april 2007
Twee Amerikaanse natuurkundigen hebben voorgerekend dat materie de overhand blijft houden in het heelal. Materie en straling kunnen in elkaar worden omgezet via Einsteins beroemde formule E = mc2. Kort na de oerknal was de energie-inhoud van alle straling in het heelal veel groter dan die van alle materie, maar sinds miljarden jaren leven we in een materie-gedomineerde kosmos: er is meer energie opgeslagen in de massa van alle elementaire deeltjes in het heelal (inclusief de onbekende deeltjes van de donkere materie) dan in alle stralingsfotonen. Volgens sommige natuurkundetheorieën zijn materiedeeltjes echter geen van alle stabiel, en zullen ook protonen in de verre toekomst uiteenvallen, waarbij ze in feite omgezet worden in straling. Alles leek er dus op te wijzen dat de energie-inhoud van het heelal in de extreem verre toekomst weer gedomineerd zou gaan worden door straling in plaats van materie. Maar volgens Robert Scherrer en Lawrence Krauss is dat in geen enkel denkbaar scenario het geval, als gevolg van de versnellende uitdijing van het heelal, die een kleine tien jaar geleden werd ontdekt. In het vakblad Physical Review D rekenen ze voor dat nieuw geproduceerde straling in een versnellend uitdijend heelal net zo snel verdwijnt als ze wordt gecreëerd. Het gevolg is dat ook in de verre toekomst het heelal altijd gedomineerd zal blijven door materie.
Meer informatie:
Cosmologically speaking, diamonds may actually be forever
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

20 april 2007
Volgens bestaande kosmologische theorieën bestonden de eerste grote structuren in het heelal uit koude donkere materie, die onder hun eigen gewicht instortten tot uitgestrekte halo's. De zwaartekracht van deze donkere halo's oefende een aanzuigende werking uit op normale materie, waardoor zich daarin de eerste sterrenstelsels konden vormen. Nieuw onderzoek duidt erop dat de halo's niet de vorm van een rugbybal hebben, zoals tot nu toe werd gedacht, maar eerder die van een frisbee. Onderzoekers van de universiteit van Bristol en het Cerro-Tololo Inter-American Observatory in Chili baseren dat op een computermodel dat de driedimensionale verdeling van donkere materie in kaart heeft gebracht aan de hand van de posities van groepen sterrenstelsels die in zulke halo's ingebed zijn. Donkere halo's zijn bezaaid met sterrenstelsels, maar de verdeling van deze stelsels blijkt geen goede indicatie te zijn voor de vorm van de halo.
Meer informatie:
Dark matter haloes favour frisbee over rugby

2 april 2007
Met de LOFAR-telescoop (LOw-Frequency ARray) die momenteel in aanbouw is in Noord-Nederland is het misschien mogelijk om variaties in de fijnstructuurconstante op het spoor te komen. De fijnstructuurconstante (aangeduid met de griekse letter alfa) is een maat voor de sterkte van de elektromagnetische wisselwerking. Volgens de huidige natuurkundetheorieën is alfa een echte constante, die altijd en overal dezelfde waarde heeft. Maar waarnemingen aan verre quasars van een paar jaar geleden doen vermoeden dat alfa in de jeugd van het heelal misschien een iets andere waarde had. Dat zou vérstrekkende gevolgen hebben voor de natuurkunde, en mogelijk een aanzet kunnen geven tot de ontwikkeling van een 'theorie van alles'. De quasarwaarnemingen kunnen mogelijke variaties in alfa bepalen in de afgelopen vijf miljard jaar. Maar volgens onderzoekers van de Universiteit van Illinois is een gevoelige laagfrequente radiotelescoop zoals LOFAR in staat om de waarde van alfa te meten gedurende de eerste paar honderdduizend jaar van het heelal. Fotonen van de kosmische achtergrondstraling werden toen geabsorbeerd door neutrale waterstofatomen, die de opgenomen energie in een later stadium weer uitzenden als de beroemde 21 cm-straling. De precieze golflengte daarvan is echter afhankelijk van de fijnstructuurconstante. Met LOFAR is het mogelijk de (sterk roodverschoven) 21 cm-straling uit die beginperiode van het heelal te meten. Zo zouden variaties in de fijnstructuurconstante ontdekt kunnen worden, aldus de onderzoekers in een publicatie die binnenkort verschijnt in Physical Review Letters.
Meer informatie:
Examination of radiation left from birth of universe could alter theories
LOFAR
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

14 februari 2007
De fotonen die worden geproduceerd in het centrum van de zon zouden normaal binnen enkele seconden het zonneoppervlak moeten bereiken. Toch is het licht dat de ruimte in stroomt reeds miljoenen jaren oud omdat de fotonen ontelbare malen verstrooien aan de gasdeeltjes waaruit de zon bestaat. Met een radicaal nieuwe aanpak beschrijft de Leidse astronoom Jelle Ritzerveld deze dronkemanswandeling en komt tot de verrassende conclusie dat ook in het vroege heelal de fotonen allesbehalve nuchter waren.
Meer informatie:
Oorspronkelijk persbericht (pdf)

5 februari 2007
Het heelal bevat anderhalf keer zoveel calcium als aanvankelijk door sterrenkundigen werd aangenomen. Tot deze conclusie komt astronoom Jelle de Plaa van het Nederlands ruimteonderzoekinstituut SRON. Waarnemingen met de ruimtetelescoop XMM-Newton van ESA brachten hem tot nieuwe inzichten over de ontstaansgeschiedenis van de elementaire bouwstenen van de kosmos. Supernova-explosies spelen daarin een cruciale rol. Uit theoretische modellen van zulke sterexplosies kan berekend worden hoeveel nieuwe elementen er de ruimte in geblazen worden. De Plaa heeft nu de chemische samenstelling gemeten van het ijle gas in clusters van sterrenstelsels. Dat gas is grotendeels afkomstig van supernova-explosies. Uit de gemeten samenstelling kan informatie worden afgeleid over de manier waarop sterren exploderen. Het hoge calciumgehalte kan verklaard worden door een explosiemodel waarbij eerst een vrij trage verbranding plaatsvindt, die daarna overgaat in een heftige ontploffing. Maandag 12 februari promoveert De Plaa op dit onderwerp aan de Universiteit van Utrecht.
Meer informatie:
Origineel persbericht
XMM-Newton
Persbericht ESA
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

16 november 2006
Waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop duiden erop dat de donkere energie, de geheimzinnige afstotende kracht die het heelal steeds sneller doet uitdijen, niet iets van de laatste paar miljard jaar is, maar altijd al in het heelal werkzaam is geweest. Dat blijkt uit onderzoek van 24 supernova-explosies van type Ia in sterrenstelsels die 9 miljard lichtjaar van ons verwijderd zijn. Uit dat onderzoek blijkt bovendien dat die supernova-explosies dezelfde kenmerken vertonen als soortgelijke supernova-explosies zoals die zich in het huidige heelal voltrekken. Dat sterkt sterrenkundigen in hun overtuiging dat supernovae van type Ia een betrouwbare lichtbron zijn bij de bepaling van afstanden in het heelal.
Meer informatie:
Hubble Finds Evidence for Dark Energy in the Young Universe

26 oktober 2006
Een van de zwakke punten van de oerknaltheorie lijkt verholpen te zijn. Volgens deze theorie moet er een bepaalde hoeveelheid van het element helium-3 in het heelal aanwezig zijn. Die is er ook, maar het probleem is dat gewone sterren zoals onze zon óók helium-3 produceren, zodat de hoeveelheid ervan in de loop van de miljarden jaren flink moet zijn toegenomen. En zóveel helium-3 is er nu ook weer niet. Volgens Australische en Amerikaanse onderzoekers is daar een eenvoudige reden voor: lichte sterren produceren weliswaar helium-3, maar breken deze ook weer af (Science, 27 oktober). Tot nog toe werd aangenomen dat het helium vrij zou komen op het moment dat de ster aan het eind van zijn bestaan tot rode reus opzwelt en zijn buitenlagen afstoot. Maar nieuwe computermodellen van het inwendige van een rode reus laten zien dat het helium-3 op het laatst wordt omgezet in helium-4 en waterstof.
Meer informatie:
Big Bang theory saved

26 september 2006
Een nieuw theoretisch onderzoek gebaseerd op resultaten van de WMAP-satelliet duidt erop dat het heelal' of ten minste het deel ervan dat wij kunnen waarnemen' niet zuiver bolvormig is, maar eerder een ellipsoïde. Dat zeggen Italiaanse fysici van de universiteiten van Ferrara en Bari (Physical Review Letters, 29 september). De WMAP-satelliet is bezig om de zogeheten kosmische achtergrondstraling in kaart te brengen, de straling die vrijkwam toen het heelal (enkele honderdduizenden jaren na de oerknal) doorzichtig werd. De kaart die dat oplevert vertoont een schijnbaar chaotische verzameling van ‘vlekken’ die met kleine temperatuurverschillen overeenkomen. Uit nadere analyse van de verdeling van kleine en grote vlekken, die vergelijkbaar is met het frequentiespectrum van een muziekinstrument, blijkt dat er iets bijzonders aan de hand is: het zogeheten kwadrupoolmoment, de eerste ‘boventoon’ van de kosmische achtergrondstraling, is veel zwakker dan men zou verwachten in een oneindig groot, vlak heelal. Volgens de Italiaanse onderzoekers kan deze afwijking worden verklaard door aan te nemen dat het zichtbare heelal een vorm heeft die ongeveer één procent afwijkt van de bolvorm. Het is overigens niet voor het eerst dat geopperd wordt dat het heelal niet bolvormig is, maar wel voor het eerst dat dit op basis van de meest recente WMAP-gegevens gebeurt. De ellipsoïdale vorm van het heelal zou veroorzaakt kunnen worden door een alom aanwezig magnetisch veld of door een kleine afwijking in het weefsel van ruimte en tijd.
Meer informatie:
Ellipsoidal universe (Physics News Update)

31 augustus 2006
Amerikaanse sterrenkundigen hebben aan de hand van gegevens van de WMAP-satelliet ontdekt dat sommige nabije clusters van sterrenstelsels geen ‘schaduwen’ in de kosmische achtergrondstraling veroorzaken. Deze achtergrondstraling is, naar men aanneemt, een overblijfsel van de oerknal. En omdat de bron van de straling per definitie aan de grens van het zichtbare heelal ligt, zouden clusters deze moeten verstoren. Dat komt door het zogeheten Sunyaev-Zel’dovitch-effect, waarbij de energierijke elektronen uit het hete gas in clusters energie overdragen aan de tamelijk energiearme fotonen van de kosmische achtergrondstraling, waardoor er microgolfstraling ‘verdwijnt’. Het verschijnsel is in het verleden bij verscheidene clusters waargenomen, maar uit de (zeer nauwkeurige) WMAP-gegevens lijkt nu te volgen dat sommige clusters het effect wél vertonen, maar andere niét. Volgens de onderzoekers laat dat twee mogelijkheden open: ofwel het idee van een oerknal is onjuist ofwel de clusters zijn zelf een bron van microgolfstraling. Dat laatste zou dan wel vereisen dat ze straling van precies de juiste golflengte produceren, en dat lijkt onwaarschijnlijk.
Meer informatie:
Big Bang's afterglow fails intergalactic 'shadow' test

8 augustus 2006
Met behulp van radiotelescopen en de röntgensatelliet Chandra is een nieuwe bepaling gedaan van de Hubble-constante – de grootheid waaruit de uitdijingssnelheid (en daaruit weer de leeftijd) van het heelal kan worden afgeleid. De Hubble-constante wordt veelal bepaald door met behulp van een bepaald type veranderlijke sterren (cepheïden) of supernova-explosies de afstanden van sterrenstelsels te meten. In dit geval zijn echter de afstanden van 38 clusters van sterrenstelsels, op afstanden van 1,4 tot 9,3 miljard lichtjaar, bepaald. Het bijzondere van deze metingen is dat ze volkomen onafhankelijk zijn van andere methoden waarmee afstanden kunnen worden gemeten. Bij de metingen is gebruik gemaakt van het feit dat clusters kleine verstoringen veroorzaken in de verdeling van de kosmische achtergrondstraling: het Sunyaev-Zeldovich-effect. Uit de sterkte van dit effect kunnen de fysieke afmetingen van een cluster worden afgeleid, en daaruit weer zijn afstand. Het resultaat is in overeenstemming met eerdere metingen: ons heelal is 12 tot 14 miljard jaar oud.
Meer informatie:
Chandra Independently Determines Hubble Constant

3 augustus 2006
Sterrenkundigen van de Ohio State University hebben heel nauwkeurig de afstand bepaald tot het sterrenstelsel M33 (het Driehoekstelsel, genoemd naar het sterrenbeeld waarin het zich bevindt). Het stelsel, een directe buur van ons eigen Melkwegstelsel, blijkt zich op 3 miljoen lichtjaar afstand te bevinden - 15 procent verder dan de algemeen geaccepteerde waarde van 2,6 miljoen lichtjaar. Omdat de afstands- en leeftijdsschaal van het heelal uiteindelijk voor een belangrijk deel gebaseerd is op afstandsbepalingen tot nabijgelegen sterrenstelsels, concluderen Krzysztof Stanek en zijn collega's dat het heelal misschien wel 15 procent groter en ouder is dan tot nu toe wordt aangenomen. De nieuwe afstandsbepaling is nauwkeurig en direct, en is gebaseerd op waarnemingen aan een zogeheten eclipserende dubbelster. Uit de baanbeweging van deze dubbelster kon de massa van de twee sterren worden berekend; daaruit werd vervolgens de lichtkracht afgeleid, en die werd tenslotte vergeleken met de waargenomen schijnbare helderheid, zodat de afstand kon worden berekend. De resultaten worden binnenkort gepubliceerd in The Astrophysical Journal.
Meer informatie:
Astronomers crunch numbers, Universe gets bigger
M33
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

25 mei 2006
Het bestaan van een vijfde dimensie kan mogelijk aangetoond worden door waarnemingen aan microscopische zwarte gaatjes in ons zonnestelsel. Dat stellen twee natuurkundigen van Rutgers University en Duke University. Microscopische zwarte gaatjes kunnen zijn ontstaan tijdens de oerknal. Ze hebben de afmetingen van elementaire deeltjes, maar wegen ongeveer even veel als een gemiddelde planetoïde. Volgens Einsteins relativiteitstheorie zullen verreweg de meeste van die oer-gaatjes inmiddels zijn 'verdampt' door het uitzenden van zogeheten Hawkingstraling. Maar volgens een alternatieve kosmologische theorie, de 'braanwereld-theorie', hebben de gaatjes een veel langere levensduur, en kunnen ze nog volop aanwezig zijn in het heelal. In de braanwereld-theorie wordt ons heelal (met drie ruimtelijke dimensies en één tijddimensie) beschreven als een soort membraan in een wereld die één ruimtelijke dimensie extra heeft. Het bestaan van die vijfde dimensie zou dus indirect aangetoond kunnen worden diir het waarnemen van microscopische zwarte gaatjes, die zo talrijk zouden zijn in het heelal dat ze zich ook in ons zonnestelsel moeten bevinden. Charles Keeton en Arlie Petters hebben berekend dat de zwaartekrachtseffecten van zulke mini-gaatjes zichtbaar moeten zijn in de vorm van interferentiepatronen in de straling van gammaflitsen. Met de toekomstige GLAST-satelliet kunnen die effecten waargenomen worden. Als er inderdaad microscopische oer-gaatjes in het zonnestelsel aanwezig zijn, vormt die ontdekking niet alleen een ondersteuning voor de braanwereld-theorie, maar is mogelijk ook het raadsel van de donkere materie in het heelal goeddeels opgelost.
Meer informatie:
Scientists predict how to detect a fourth dimension of space
Dit nieuwsbericht is toegevoegd door Govert Schilling - allesoversterrenkunde.nl

17 mei 2006
De eerste sterrenstelsels in het heelal waren klein' ongeveer tienduizend keer lichter dan ons Melkwegstelsel' en bevatten grote aantallen zware, hete sterren die enorme hoeveelheden ultraviolette straling produceerden. Volgens de heersende theorie zou deze straling het heelal niet alleen doorzichtig hebben gemaakt, maar ook de vorming van meer dwergstelsels hebben verhinderd door het omringende waterstofgas te verhitten en te ioniseren. Omdat heet gas veel minder makkelijk bij elkaar blijft dan koel gas, konden vanaf dat moment alleen nog nieuwe stelsels ontstaan uit gaswolken die ten minste 10 miljard zonsmassa's materie bevatten. Australische en Amerikaanse sterrenkundigen hebben nu een sterke aanwijzing gevonden dat deze theorie klopt (Nature, 18 mei). Zij hebben vastgesteld dat er een miljard jaar na de oerknal nog maar weinig dwergstelsels over waren. Dat zou blijken uit waarnemingen van de spectra van de allerverste quasars' de superheldere kernen van jonge sterrenstelsels. Onderweg naar de aarde passeert het licht van zo'n quasar allerlei gaswolken die deel uitmaken van (onzichtbare) stelsels. Deze gaswolken verraden hun bestaan door donkere absorptielijnen in het quasarspectrum achter te laten. Door de spectra van verschillende quasars te statistisch analyseren, kan worden vastgesteld of het verre heelal wemelt van de kleine stelsels of niet. En het laatste lijkt dus het geval te zijn.
Meer informatie:
When dwarfs gave way to giants

12 mei 2006
Het kost al moeite genoeg om erachter te komen wat zich rond de oerknal' het ontstaansmoment van ons heelal' heeft afgespeeld, maar theoretici van Pennsylvania State University hebben hun vizier alvast gericht op wat daarvóór was. Met behulp van 'gewone' natuurkunde, zoals de algemene relativiteitstheorie, lukt dat niet: de betreffende vergelijkingen kunnen al niet overweg met de enorme dichtheid van de oerknal zelf. De onderzoekers hebben daarom hun toevlucht gezocht tot de kwantumzwaartekracht, een theoretisch bouwwerk dat de kwantumfysica en de algemene relativiteitstheorie combineert. Daarmee zijn ze erin geslaagd om een model te ontwikkelen waarmee voorbij de oerknal kan worden 'gekeken'. En daaruit bleek dat er voor de oerknal mogelijk al een ander, samentrekkend heelal was dat in alle andere opzichten veel op het onze moet hebben geleken. Dit heelal stortte zo sterk ineen, dat er een punt werd bereikt dat de kwantumeigenschappen van de ruimtetijd ertoe leidden dat de zwaartekracht een afstotende in plaats van een aantrekkende kracht werd: de oorzaak van 'onze' oerknal. Het idee dat er voor de oerknal een ander heelal heeft bestaan is niet nieuw, maar het is voor het eerst dat er zo'n gedetailleerd model van is opgesteld.
Meer informatie:
Penn State Researchers Look Beyond the Birth of the Universe

15 mei 2006
Twee internationale teams van sterrenkundigen hebben een nieuwe driedimensionale kaart van het heelal gepresenteerd, waarop meer dan een miljoen melkwegstelsels staan. De structuren die op deze grote 'hemelatlas' te zien zijn, bevestigen nog eens dat ons heelal wordt gedomineerd door donkere energie en donkere materie' de gewone materie waaruit sterren, planeten en wijzelf bestaan vormt slechts het topje van een reusachtige donkere ijsberg. De nieuwe kaart, gebaseerd op gegevens van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS), toont stelsels tot op een afstand van meer dan 5 miljard lichtjaar en zal binnenkort via het internet ter beschikking worden gesteld van andere onderzoekers. De grootste moeilijkheid bij het samenstellen ervan was het feit dat van zoveel stelsels niet alleen de positie aan de hemel, maar ook de afstand gemeten moest worden. Dat laatste probleem heeft men opgelost door zich te concentreren op een speciaal type stelsels die 'heldere rode melkwegstelsels' genoemd worden. Van deze stelsels is goed bekend welke kleur ze moeten hebben en kunnen kleurafwijkingen snel in afstandsschattingen worden vertaald, zonder dat het nodig is om complete spectra van de objecten vast te leggen' iets wat veel tijdrovender is.
Meer informatie:
Astronomers construct largest-ever 3D map of a million galaxies
A Ruler to Measure the Universe
Website Sloan Digital Sky Survey

16 maart 2006
Wetenschappers hebben de resultaten bekendgemaakt van de eerste drie meetjaren van de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Deze satelliet is bezig de zogeheten kosmische achtergrondstraling' het overblijfsel van het eerste licht in het heelal' steeds nauwkeuriger in kaart te brengen. Voor het eerst is daarbij ook de polarisatie van deze straling gemeten, wat kan helpen om onderscheid te maken tussen de verschillende modellen die de eerste biljoenste seconde na de oerknal beschrijven. Ook na drie jaar zijn de WMAP-resultaten nog het best in overeenstemming met de meest eenvoudige inflatiemodellen. Volgens deze modellen hebben kwantumfluctuaties het heelal kort na de oerknal, die 13,7 miljard jaar geleden plaatsvond, in één klap flink doen opzwellen, waarna de uitdijing van de ruimte in een rustiger tempo doorging.
Meer informatie:
Origineel persbericht (Engelstalig)
Persbericht NASA (Engelstalig)

9 december 2005
Onderzoekers van de Johns Hopkins University hebben de donkere materie in twee verre jonge clusters van melkwegstelsels in kaart gebracht. Daarbij hebben ze gebruik gemaakt van beelden die met de Hubble-ruimtetelescoop zijn opgenomen, en met name van de kleine vervormingen ten gevolge van het zogeheten gravitatielenseffect die hierop te zien zijn. Hun bevindingen zijn in overeenstemming met de theorie dat melkwegstelsels (zijn) ontstaan op plekken in het heelal waar zich de meeste donkere materie bevindt.
Meer informatie: http://www.jhu.edu/news/home05/dec05/darkmatt.html

22 november 2005
Einstein noemde de voorspelling ervan zijn grootste blunder, maar waarnemingen duiden er steeds meer op dat hij alsnog zijn gelijk krijgt: er lijkt echt een nog onverklaarde kracht te bestaan – de zogeheten donkere energie – die het heelal versneld doet opzwellen. Dat is de voorlopige conclusie van de onderzoekers van de Supernova Legacy Survey. Tot nu toe zijn bij deze survey de afstanden van 71 verre supernova-explosies (afstanden 2 tot 8 miljard lichtjaar) gemeten. Uit deze afstanden kan worden afgeleid hoe de uitdijing van het heelal in de loop van afgelopen miljarden jaren is veranderd. De resultaten zijn in overeenstemming met de theoretische heelalmodellen die gebruik maken donkere energie.
Meer informatie:
http://www.news.utoronto.ca/bin6/051122-1839.asp
http://pr.caltech.edu/media/Press_Releases/PR12767.html
http://www.edpsciences.org

2 november 2005
Met de infraroodsatelliet Spitzer is mogelijk een eerste glimp opgevangen van de eerste objecten die ons heelal bevolkten: dat kunnen (zware) sterren zijn, maar ook zwarte gaten die heet gas opslokken. Op de Spitzer-beelden zijn geen afzonderlijke objecten te zien, maar de gezamenlijke gloed van vele miljoenen van hen. Om het zwakke schijnsel, dat vermoedelijk 200 miljoen jaar na de oerknal is ontstaan, te kunnen vastleggen is de satelliet tien uur lang op een stukje hemel in het sterrenbeeld Draak gericht.
Meer informatie:
http://www.spitzer.caltech.edu/Media/releases/ssc2005-22/release.shtml
Nature, 3 november 2005

1 september 2005
Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology hebben voor het eerst kosmische deuterium (zware waterstof) waargenomen met een (speciale) radiotelescoop' de Deuterium Array. De detectie van deuterium is interessant, omdat het een van de weinige elementen betreft die bij de oerknal zijn ontstaan. De gemeten hoeveelheid deuterium kan worden gebruikt om bestaande modellen voor het ontstaan van het heelal te toetsen, en om een indicatie te geven van de hoeveelheid donkere materie in het heelal. Omdat er erg weinig deuterium in het heelal is, verloopt de detectie ervan moeizaam. De MIT-onderzoekers moesten zelfs antwoordapparaten en een stereo-installatie van bewoners in de omgeving laten vervangen om zo min mogelijk last te hebben van stoorsignalen.
Meer informatie: http://web.mit.edu/newsoffice/2005/deuterium.html

15 juni 2005
Voor het eerst zijn er aanwijzingen gevonden dat ook de neutrino’s die vanuit alle richtingen op ons afkomen niet gelijkmatig zijn verdeeld: de ‘neutrinokaart’ van het heelal lijkt net zulke rimpelingen te vertonen als de kosmische achtergrondstraling. Neutrino’s zijn snelle, lichte deeltjes die nauwelijks contacten met normale materie aangaan. De aarde beweegt voortdurend door een oceaan van deze deeltjes, zonder dat we er iets van merken. Met de huidige technieken is het niet mogelijk om de ‘kosmische neutrino-achtergrond’ direct te meten, maar op theoretische gronden wordt wel voorspeld dat eventuele rimpelingen in de verdeling van de neutrino’s waarneembare gevolgen voor de groei van structuren in het heelal moeten hebben. Een internationaal team van onderzoekers denkt nu in gegevens van de WMAP-satelliet en de Sloan Digital Sky Survey inderdaad aanwijzingen te hebben gevonden dat de neutrino-achtergrond niet egaal is.
Meer informatie: http://www-astro.physics.ox.ac.uk/~rxt/pdf/CNB.pdf

1 juni 2005
Het Virgo-consortium, een samenwerkingsverband van astronomen uit Duitsland, Groot-Brittannië, Canada en de VS, heeft de eerste resultaten bekendgemaakt van de grootste computersimulatie van het ontstaan van melkwegstelsels en de grootschalige structuur van het heelal die ooit ondernomen is. Bij deze ‘Millennium Run’ werden meer dan 10 miljard ‘deeltjes’ losgelaten in een 2 miljard lichtjaar grote, fictieve kubus. Daarbij is onder meer vastgesteld dat al een paar honderd miljoen jaar na de oerknal enkele superzware zwarte gaten konden ontstaan, die de kernen van quasars werden. Later groeiden deze objecten uit tot zeer zware melkwegstelsels, die nu in het centrum van de grootste clusters worden aangetroffen. Uiteindelijk hopen de Virgo-onderzoekers ook een direct verband te kunnen leggen tussen de waargenomen fluctuaties in de kosmische achtergrondstraling en de huidige verdeling van melkwegstelsels in het heelal.
Meer informatie:
http://www.mpa-garching.mpg.de/galform/press/
http://www.mpg.de [Duits]
Nature, 2 juni 2005

18 april 2005
De fijnstructuurconstante is precies dat: constant. Dat zeggen Amerikaanse astronomen die de spectra van verre melkwegstelsels onderzocht hebben. Eerder meenden Australische astronomen juist te hebben aangetoond dat de fijnstructuurconstante in de loop van de geschiedenis van het heelal een beetje groter is geworden.
De fijnstructuurconstante is een getal (1/137) dat gelijk is aan het kwadraat van de lading van het elektron gedeeld door de lichtsnelheid maal de constante van Planck. De constante ‘regelt’ onder meer de posities van de verschillende spectraallijnen in een spectrum. Als hij in een ver verleden echt kleiner zou zijn geweest dan nu, zou dat aan de spectra van verre objecten te zien moeten zijn. Maar volgens het DEEP2-onderzoek, waarbij de spectra van melkwegstelsels op afstanden van 7 miljard lichtjaar onderzocht zijn, is daar dus geen sprake van.
Meer informatie: http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2005/04/18_deep2.shtml

13 april 2005
Onderzoekers van Cambridge University denken dat het heelal ooit heeft gewemeld van de minuscule zwarte gaten. En zij achten het mogelijk dat deze mini-gaten de groeikernen zijn geweest van de superzware zwarte gaten die nu in de kernen van melkwegstelsels worden aangetroffen. De sterrenkundigen baseren hun idee op recent onderzoek van de kosmische achtergrondstraling, het overblijfsel van de straling die vrijkwam na de oerknal. Uit dat onderzoek blijkt dat er een heropwarming van het heelal heeft plaatsgevonden toen er nog geen sterren waren. Deze heropwarming zou het gevolg kunnen zijn van kleine zwarte gaten die materie opslokten.
Meer informatie: http://www.iop.org/news/918

16 maart 2005
Sinds 1999 zijn steeds meer aanwijzingen verzameld dat de uitdijing van het heelal aan het versnellen is. Dat zou het gevolg zijn van een ‘donkere energie’ die de zwaartekracht tegenwerkt. Een internationaal team van onderzoekers denkt nu dat deze donkere energie ook invloed heeft op de manier waarop melkwegstelsels in onze omgeving van elkaar weg bewegen. Computersimulaties laten zien dat er in een heelal zonder donker energie veel grotere afwijkingen van een gelijkmatige radiale uitdijing ontstaan dan er nu zijn waargenomen. Anders gezegd: ook in onze kosmische achtertuin lijkt nu een aanwijzing voor het bestaan van donkere energie te zijn gevonden.
Meer informatie: http://www.uwnews.org/article.asp?articleID=8972

2 februari 2005
Met behulp van de röntgensatelliet Chandra zijn twee enorme intergalactische wolken van ijl heet gas ontdekt. Dat duidt erop dat de ontbrekende ‘normale’ materie waarnaar sterrenkundigen op zoek waren wellicht grotendeels uit dergelijke gaswolken bestaat. De gaswolken zijn waarschijnlijk een overblijfsel van de webachtige structuur in de materie, zoals deze na de oerknal in het afkoelende en uitdijende heelal ontstond. De waargenomen wolken, die zo ijl zijn dat ze nauwelijks opvallen, zijn bij toeval ontdekt tijdens het onderzoek van een ver melkwegstelsel. De waarneemgegevens duiden erop dat ze onder meer koolstof, stikstof, zuurstof en neon bevatten. Voor alle duidelijkheid: volgens de huidige inzichten bestaat het heelal voor ongeveer 5 procent uit normale materie, voor 25 procent uit donkere materie en voor 70 procent uit de raadselachtige donkere energie; de gaswolken horen bij de eerste component.
Meer informatie: http://chandra.harvard.edu/photo/2005/mkn421/

26 januari 2005
Theoretisch onderzoek van wetenschappers van de Universiteit van Zürich duidt erop dat de eerste structuren in het heelal werden gevormd door halo’s van donkere materie met de massa van onze aarde en de omvang van ons zonnestelsel. De onderzoekers denken dat ons Melkwegstelsel nog talloze van deze halo’s bevat en dat de aarde er enkele paar duizend jaar een tegenkomt. Bovendien zouden we dagelijks ongemerkt worden gebombardeerd met deeltjes donkere materie. De Zwitserse berekeningen zijn gebaseerd op het bestaan van een nog niet waargenomen deeltje: het neutralino. Aangenomen wordt dat bij de oerknal zeer veel neutralino’s zijn ontstaan' tachtig procent van de massa van het heelal zou uit donkere materie bestaan' en een computermodel laat zien hoe rond samenscholingen van deze deeltjes de latere clusters van melkwegstelsels kunnen zijn gevormd.
Meer informatie: http://krone.physik.unizh.ch/~moore/pressrelease.txt

11 januari 2005
De grootste volkstelling onder melkwegstelsels die ooit gehouden is, de Sloan Digital Sky Survey, duidt erop dat de verdeling van deze stelsels in het heelal het gevolg is van ‘geluidsgolven’ die kort na de oerknal zijn ontstaan. De golven hebben ook hun sporen achtergelaten in de kosmische achtergrondstraling, die is uitgezonden toen het heelal 400.000 jaar oud was. Uit het SDSS-onderzoek blijkt dat er in het heelal verhoogde aantallen melkwegstelsels te vinden zijn die op onderlinge afstanden van 500 miljoen lichtjaar liggen' precies zoals het ‘geluidsgolfmodel’ voorspelt.
Meer informatie: http://uanews.org

26 november 2004
Nog steeds breken sterrenkundigen zich het hoofd over de donkere materie die tachtig procent van alle massa in het heelal voor zijn rekening neemt. Vooralsnog gaat men ervan uit dat de materie uit een nog niet waargenomen soort deeltjes bestaat. De belangrijkste kandidaten zijn neutralino’s (ook wel WIMPs genoemd)' zeer zware deeltjes die nauwelijks met normale deeltjes wisselwerken' en de veel lichtere axionen. De huidige waarnemingen laten beide mogelijkheden nog toe, maar verwacht wordt dat de volgende generatie detectoren uitsluitsel kan geven. De auteurs van een recent overzichtsartikel in het Amerikaanse tijdschrift Science achten het echter heel goed denkbaar dat de donkere materie uit beide soorten deeltjes bestaat, eventueel aangevuld met deeltjes waarvan we het bestaan nog niet eens vermoeden.
Meer informatie: Science, 26 november 2004

10 november 2004
Twee sterrenkundigen hebben een manier bedacht om een ‘CAT-scan’ van het heelal te maken. Volgens J. Stuart B. Wyithe (Universiteit van Melbourne) en Abraham Loeb (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) kan men daarbij gebruikmaken van de 21-cm radiostraling van waterstofgas, die door de uitdijing van het heelal naar langere golflengten is verschoven naarmate het gas verder van ons vandaan is. Door naar een specifieke golflengte te ‘kijken’, kan dus de verdeling van de waterstof op een specifieke afstand in kaart worden gebracht. Als je dat vervolgens voor een heleboel golflengten doet, krijg je uiteindelijk een driedimensionale voorstelling van het heelal. Sterrenkundigen zijn vooral geïnteresseerd in de gasverdeling op de allergrootste afstanden: daar vinden we immers de eerste sterren en melkwegstelsels die het heelal bevolkten. Het idee van Wyithe en Loeb zal binnenkort in de praktijk worden beproefd, maar volledige uitvoering ervan zal pas mogelijk zijn als de volgende generatie radiotelescopen gereed is.
Meer informatie: http://www.cfa.harvard.edu/press/pr0433.html

27 juli 2004
Zijn onbekende deeltjes de 'missing link' tussen neutrinomassa en donkere energie?
Meer informatie: http://www.uwnews.org/article.asp?articleID=5166

7 juli 2004
Grote melkwegstelsels aanzienlijk vroeger ontstaan dan veel sterrenkundigen dachten.
Meer informatie:
http://www.jhu.edu/news_info/news/home04/jul04/earlyuni.html
http://www.eso.org/outreach/press-rel/pr-2004/pr-17-04.html

30 juni 2004
Zijn donkere materie en donkere energie twee kanten van één en dezelfde medaille?
Meer informatie: http://www.vanderbilt.edu/news/releases?id=12802

18 mei 2004
Astronomen hebben een nieuwe manier bedacht om de nog onverklaarde ‘donkere energie’ waar te nemen, die ervoor lijkt te zorgen dat het heelal versneld uitdijt. Metr behulp van de röntgensatelliet Chandra hebben zijn 26 clusters van melkwegstelsels op afstanden van 1 tot 8 miljard lichtjaar waargenomen. Daarmee keken ze terug naar de periode waarin de versnelde uitdijing van het heelal zou zijn begonnen. Uit de waarnemingen lijkt te volgen dat de donkere energie geen grote veranderingen in de tijd vertoont: ze gedraagt zich als een constante factor en maakt ongeveer 75 procent van de energie-inhoud van het heelal uit.
Meer informatie: http://www.msfc.nasa.gov/news/news/releases/2004/04-144.html

3 mei 2004
Theoretische sterrenkundigen van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics hebben een manier bedacht waarop astronomen waarnemingen kunnen doen aan het heelal vóórdat de eerste sterren verschenen. Het verkrijgen van informatie over dit zogeheten Donkere Tijdperk is problematisch, omdat er letterlijk weinig te zien is. Het enige waarneembare ‘overblijfsel’ uit die periode is de kosmische achtergrondstraling' de ‘afkoelende’ straling van de oerknal. Volgens de onderzoekers zit hier echter meer informatie in verstopt dan men denkt: een deel van de fotonen van de achtergrondstraling zou tijdens het Donkere Tijdperk zijn geabsorbeerd door ophopingen van waterstofgas. Door uit te kijken naar gebieden met minder fotonen, zou je aldus de materieverdeling tussen 20 en 100 miljoen jaar na de oerknal kunnen reconstrueren. Het is denkbaar dat de grote nieuwe radiotelescopen van de nabije toekomst (LOFAR en SKA) hiertoe in staat zijn.
Meer informatie:
http://cfa-www.harvard.edu/press/pr0415.html
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134

7 april 2004
Britse en Amerikaanse sterrenkundigen hebben een kleine 100.000 melkwegstelsels onderzocht op hun stervormingsactiviteit. Daaruit is gebleken dat het hoogtepunt van het ontstaan van nieuwe sterren in het heelal ongeveer vijf miljard jaar geleden heeft plaatsgevonden. Ook hebben de onderzoekers vastgesteld dat de grootste stelsels het eerst met stervorming zijn begonnen. Sinds de piek van vijf miljard jaar geleden is het aantal ‘stergeboortes’ drastisch gedaald, en inmiddels doven er meer sterren uit dan dat er nieuwe bij komen.
Meer informatie: http://www.upenn.edu/pennnews/article.php?id=623

1 april 2004
Onderzoek met de Very Large Telescope duidt erop dat de zogeheten fijnstructuurconstante (alfa) ook echt altijd constant is geweest. Eerder onderzoek leek erop te wijzen dat deze constante, die de elektromagnetische kracht beschrijft die atomen in stand houdt, vroeg in de geschiedenis van het heelal een andere waarde had dan nu. Maar nauwkeurige analyse van het licht van een aantal verre quasars spreekt dit tegen. Als de fijnconstante heel vroeger een andere waarde had dan nu, zou dit waarneembare gevolgen hebben voor de onderlinge posities van de emissie- en absorptielijnen in de spectra van de quasars. De nieuwe metingen duiden er echter op dat alfa de laatste tien miljard jaar met niet meer dan 0,00006 procent veranderd kan zijn.
Meer informatie: http://www.eso.org/outreach/press-rel/pr-2004/pr-05-04.html

25 februari 2004
Het jonge heelal was ondoorzichtig: de ongeveer 380.000 jaar na de oerknal gevormde, neutrale waterstof- en heliumatomen beperkten de vrije weglengte van fotonen. Astronomen noemen deze levensfase van het heelal het ‘Donkere Tijdperk’. Het ontstaan van steeds meer nieuwe sterren bracht geleidelijk licht in de duisternis: de ultraviolette straling van deze sterren ioniseerde de neutrale gaswolken, waardoor ze doorzichtig werden. De vraag is nu hoe lang het ‘Donkere Tijdperk’ heeft geduurd. Nieuw onderzoek door twee theoretische sterrenkundigen duidt erop dat dit misschien wel een miljard jaar is geweest. Zij baseren deze conclusie op waarnemingen van twee verre quasars: door hun grote afstand nemen we deze waar zoals ze minder dan een miljard jaar na de oerknal waren. Tot verrassing van de onderzoekers blijkt de omgeving van deze quasars nog nauwelijks geïoniseerd.
Meer informatie: http://www.cfa.harvard.edu/press/pr0410.html

20 februari 2004
De bewijzen voor het bestaan van een ‘donkere’ energie in het heelal blijven zich opstapelen. Met de Hubble-ruimtetelescoop zijn in totaal 42 nieuwe verre supernovae waargenomen, die meer inzicht geven in de vroegere uitdijingsnelheid van het heelal. Enkele jaren geleden werden voor het eerst aanwijzingen gevonden dat het heelal nu sneller uitdijt dan enkele miljarden jaren geleden: de nieuwe waarnemingen bevestigen dit.
Meer informatie: http://hubblesite.org/news/2004/12

2 februari 2004
Britse sterrenkundigen denken dat de conclusies die uit onderzoek van de kosmische achtergrondstraling worden getrokken voorbarig zijn. Volgens Tom Shanks en zijn team van de universiteit van Durham verstoren betrekkelijk nabije clusters van melkwegstelsels ons zicht op de achtergrondstraling. Het was al bekend dat er interacties plaatsvinden tussen het hete gas in deze clusters en de fotonen die een overblijfsel zijn van de oerknal (het zogeheten Sunyaev-Zeldovich-effect). Maar nu lijken deze interacties zich tot op veel grotere afstand van de clusters uit te strekken dan men dacht, waardoor er onbedoelde ‘koude plekken’ in de kaart van de achtergrondstraling zijn achtergebleven. De verdeling van de ‘warme’ en ‘koude’ plekken in de achtergrondstraling wordt gebruikt om belangrijke gegevens over de aard van de (donkere) materie in het heelal af te leiden.

15 januari 2004
Een internationaal team van astronomen heeft de tot nut toe grootste aaneengesloten opname met de Hubble-ruimtetelescoop gemaakt. Het betreft een gebied ter grootte van de Volle Maan in het sterrenbeeld Fornax. Het mozaïek, dat uit 78 afzonderlijke opnamen bestaat, laat meer dan 40.000 melkwegstelsels zien. De verzamelde informatie zal worden gebruikt om de evolutie van melkwegstelsels in kaart te brengen. De foto is een steekproef van alle stelsels tot een afstand van ongeveer 9 miljard lichtjaar.
Meer informatie:
http://www.mpg.de [Duits]
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2004-01/m-mfc011504.php

18 december 2003
Een diepe uitsnede van het heelal van verleden naar heden heeft een unieke, historische ‘volkstelling’ onder sterren opgeleverd. Gecombineerde waarnemingen met de ESO Very Large Telescope in Chili en de Hubble-ruimtetelescoop tonen aan dat in de meeste sterrenstelsels de gemiddelde leeftijd van sterren stijgt, aangezien er niet genoeg ‘geboortes’ plaatsvinden om de ‘overledenen’ op te volgen. Jonge sterren zijn heet en blauw, terwijl oude sterren koeler en roder zijn, zodat ook het heelal als geheel steeds roder wordt.
Meer informatie: http://www.strw.leidenuniv.nl/~fires

12 december 2003
Waarnemingen met de Europese röntgensatelliet XMM-Newton zaaien enige twijfel over de vermeende ‘donkere energie’ die het heelal versneld zou doen uitdijen. Uit XMM-waarnemingen van verre clusters van melkwegstelsels blijkt dat deze opmerkelijke verschillen vertonen met hun huidige soortgenoten. Omdat een heelal met veel ‘donkere energie’ een lage materiedichtheid zou moeten hebben, zouden clusters al vroeg in de geschiedenis van het heelal moeten stoppen met het verzamelen van meer materie en vanaf dat moment sterk op de huidige clusters moeten lijken. De verre clusters produceren echter duidelijk méér röntgenstraling dan de huidige clusters, hetgeen erop duidt dat ze nog lang materie hebben verzameld. Volgens de onderzoekers zou dat erop kunnen duiden dat de materiedichtheid in het heelal groter, en de hoeveelheid ‘donkere energie’ dus kleiner, is dan men denkt.
Meer informatie: http://www.esa.int/export/esaCP/SEMRHL274OD_index_0.html

24 november 2003
Twee Amerikaanse natuurkundigen denken een verklaring te hebben voor de (schijnbaar) versnelde uitdijing van het heelal. Volgens hen moet de oorzaak voor de versnelling worden gezocht bij de zogeheten fijnstructuurconstante, die de binding tussen elektronen en protonen regelt. Deze constante, die kortweg alfa wordt genoemd, zou tien miljard jaar geleden misschien wel 200.000 keer zwakker zijn geweest dan nu: de elektronen en protonen in atomen lijken steeds dichter bij elkaar te zijn gaan zitten naarmate het heelal groter werd.
Meer informatie: http://arXiv.org/abs/hep-ph/0306084

29 oktober 2003
De ‘oerknal’ klonk meer als een diepe brom dan als een knal. Dat zegt een fysicus van de universiteit van Washington. De zogenaamde geluidsgolven zouden zijn veroorzaakt door de drukgolven die zich kort na het ontstaan door het heelal voortplantten. De overblijfselen van deze drukgolven zij nu nog zichtbaar in de kosmische achtergrondstraling. Overigens was de toon van het geluid veel te laag om met het menselijk oor hoorbaar te zijn.
Meer informatie: http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99994320

27 oktober 2003
Astronomen van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) hebben jarenlang gewerkt aan wat zijzelf ‘de meest nauwkeurige driedimensionale kaart van het heelal noemen’. De kaart, die overigens maar zes procent van het hemelgewelf laat zien, toont de ruimtelijke posities van meer dan 200.000 melkwegstelsels op afstanden tot twee miljard lichtjaar. De SDSS-gegevens bevestigen het bestaande beeld van het ons heelal: het bestaat voor slechts vijf procent uit ‘normale’ materie, voor 25 procent uit donkere materie en voor 70 procent uit donkere energie.
Meer informatie: http://www.hep.upenn.edu/~max/sdss/release.html

18 september 2003
Computersimulaties lijken erop te duiden dat het heelal al vroeg in zijn geschiedenis rijkelijk is voorzien van zware elementen. De simulaties geven aan dat er 200 miljoen jaar na de oerknal een eerste generatie van zeer zware sterren ontstond, die na ongeveer 3 miljoen jaar als supernovae begon te exploderen. Elk van de sterren had voordien ongeveer de helft van zijn massa in zware elementen (vooral ijzer) omgezet. Hierdoor was het heelal, dat aanvankelijk alleen waterstof, helium en lithium bevatte, al na minder dan 300 miljoen jaar verrijkt met zware elementen. De schokgolven van de supernova-explosies zorgden er ook voor dat er in gaswolken in de omgeving nieuwe sterren konden ontstaan.
Meer informatie:
http://cfa-www.harvard.edu/press/pr0321.html
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0305333

17 september 2003
Onderzoek met de submillimetercamera SCUBA van de James Clerk Maxwell Telescope op Hawaï heeft indirect het ontstaan van de eerste melkwegstelsels in beeld gebracht. Met het instrument is het stof waargenomen dat door de jonge, hete sterren in deze stelsels verhit werd. Datzelfde stof zorgt ervoor dat de verre stelsels niet zichtbaar zijn op optische golflengten. DE SCUBA-beelden bevestigen het model dat de eerste grote melkwegstelsels in het heelal zijn ontstaan door de samenklonteringen van talrijke kleine stelsels.
Meer informatie: http://www.pparc.ac.uk/Nw/Press/rel_nature-Scuba.asp

17 september 2003
Amerikaanse onderzoekers hebben nauwkeurige waarnemingen gedaan aan een elftal verre supernovae van type Ia. Deze supernovae worden gebruikt om lange-afstandsbepalingen in het heelal te doen. Uit eerder onderzoek van dit soort supernovae lijkt te volgen dat de uitdijing van het heelal aan het versnellen is, hetgeen door een nog onverklaarde ‘donkere energie’ zou worden veroorzaakt. De nieuwe gegevens duiden erop dat 75 procent van het totaal van energie en materie in het heelal voor rekening komt van de donkere energie. Een ander belangrijk resultaat is dat de helderheden van de onderzochte supernovae niet zijn verzwakt door stof in de verre melkwegstelsels waar zij deel van uitmaken. Dat laatste zou tot verzwakking en dus ook tot foute afstandsbepalingen leiden.
Meer informatie:
http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/Phys-HST-supernovae.html
http://www.arxiv.org/abs/astro-ph/0309368
http://supernova.lbl.gov/
http://snap.lbl.gov/

28 augustus 2003
Volgens Amerikaanse onderzoekers leidt de versnelde uitdijing van het heelal, die het gevolg lijkt te zijn van een mysterieuze ‘donkere energie’ er niet alleen toe dat de afstanden tussen de melkwegstelsels steeds sneller groter worden. De donkere energie zou ook sterk genoeg zijn om melkwegstelsels, sterren, planeten en ten slotte zelfs atomen en atoomkernen uiteen te laten vallen. Afhankelijk van de grootte van de donkere energie zou dit proces enkele tientallen miljarden jaren in beslag nemen.
Meer informatie: http://www.aip.org/mgr/png/2003/200.htm

23 juli 2003
Onderzoek van een van de verste quasars die we kennen heeft informatie opgeleverd over de samenstelling van de materie die door de eerste sterren in het heelal is geproduceerd. Het gas in de quasar bevat opmerkelijk veel koolmonoxide, wat verrassend is voor zo’n ver en jong stelsel. Het betekent dat er al heel vroeg in de geschiedenis van het heelal veel moleculair gas aanwezig was. Moleculaire gaswolken spelen een belangrijke rol bij het ontstaan van nieuwe sterren.
Meer informatie:
http://www.nrao.edu/pr/2003/j1148/
http://www.mpg.de

11 juni 2003
Met de röntgensatelliet Chandra is de donkere materie rond de cluster van melkwegstelsels Abell 2029 in kaart gebracht. De cluster bestaat uit duizenden stelsels, die gehuld zijn in een reusachtige gaswolk. Deze laatste blijkt meer dan 100 biljoen zonsmassa’s aan materie te bevatten: vier keer zo veel als alle sterren en andere zichtbare materie in de stelsels bij elkaar. De Chandra-gegevens duiden erop dat de dichtheid van de donkere materie naar het centrum van de cluster toe geleidelijk toeneemt. Deze bevindingen duiden erop dat de donkere materie bestaat uit vrij traag bewegende (‘koude’) deeltjes, waarvan de aard nog onbekend is.
Meer informatie: http://chandra.harvard.edu/photo/2003/abell2029/index.html

27 mei 2003
Onderzoek in het kader van de Sloan Digital Sky Survey wijst er sterk op dat de donkere materie in het heelal rond melkwegstelsels gezocht moet worden. Dat blijkt uit waarnemingen van de snelheden van ongeveer 3000 kleine stelsels die als ‘satellieten’ om grote stelsels heen draaien. Volgens de wetten van Kepler zouden de satellietstelsels een kleinere baansnelheid moeten hebben naarmate ze zich verder van het massacentrum bevinden. Maar het snelheidsverval naar buiten toe is veel minder groot dan je verwacht' dat duidt erop dat er buiten het zichtbare deel van een melkwegstelsel nog een veel groter (en zwaarder!) onzichtbaar deel moet zijn.
Meer informatie: http://www.mpg.de/pri03/pri0358.htm

30 april 2003
Onderzoek van het licht van quasars duidt erop dat zelfs de jongste melkwegstelsels die we kunnen waarnemen al flinke hoeveelheden boor, tin, lood en ijzer bevatten. Het betreft zware elementen die in de eerste zware sterren moeten zijn aangemaakt, omdat de materie in het heelal kort na de oerknal slechts uit waterstof, helium en lithium bestond. De waarnemingen duiden erop dat de eerste sterren al 200 miljoen jaar na de oerknal zijn ontstaan: de vorming van de waargenomen hoeveelheden ijzer en dergelijke zou namelijk 500 tot 800 miljoen jaar in beslag hebben genomen en de stelsels in kwestie zijn minder dan een miljard jaar oud.
Meer informatie:
http://press.ucsc.edu
http://hubble.esa.int/hubble/news/index.cfm?oid=32172

23 april 2003
Het opsporen van de oudste sterren in het heelal is niet gemakkelijk. Maar hoe zit het met de op één na oudste? In het nieuwe nummer van Nature maken verschillende onderzoeksteams melding van hun onderzoek aan een mogelijke ster van de “tweede generatie”. Deze ster, HE0107-5240, is niet lang geleden ontdekt in de halo van ons Melkwegstelsel. Hij is zeer arm aan ijzer, maar blijkt wel veel koolstof en zuurstof te bevatten. De vraag is nu of deze zware elementen door de ster zelf zijn geproduceerd of dat ze afkomstig zijn van een supernova die tot de eerste generatie sterren in het heelal behoorde.
Meer informatie: Zenit, juni 2003 (verschijnt eind mei)

11 februari 2003
Het Amerikaanse ruimtevaartagentschap heeft de meest recente resultaten van de MAP-missie bekendgemaakt. De MAP (Microwave Anisotropy Probe) is een satelliet die zich op een positie anderhalf miljoen kilometer van de aarde bevindt, en van daaruit de zogeheten kosmische achtergrondstraling onderzoekt. (Deze achtergrondstraling is het zwakke overblijfsel van de straling die kort na de oerknal het heelal vulde.) Het resultaat van het onderzoek wordt door NASA een ‘babyfoto’ van het heelal genoemd. In feite is het een kaart waarop de minuscule temperatuurverschillen na de oerknal te zien zijn.
Een van de verrassende resultaten die uit het MAP-onderzoek volgen is dat de eerste generatie sterren al 200 miljoen jaar na de oerknal is geboren' veel eerder dan de meeste wetenschappers dachten. Daarnaast is, veel nauwkeuriger dan voorheen, een leeftijdsbepaling van het heelal gedaan: het blijkt 13,7 miljard jaar oud. Alle resultaten zijn in overeenstemming met de meest gangbare oerknaltheorie en duiden erop dat het heelal voor slechts 4 procent uit normale materie bestaat. Het overige deel omvat 23 procent donkere materie van onbekende aard en maar liefst 73 procent donkere energie, die als een soort anti-zwaartekracht werkt. Dit laatste houdt in dat het heelal eeuwig zal blijven uitdijen en dat ook steeds sneller zal gaan doen.
De MAP, die nu is omgedoopt tot Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (naar de vorig jaar overleden kosmoloog David Wilkinson), zal nog drie jaar doorgaan met meten.
Meer informatie:
http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/2003/0206mapresults.html
http://map.gsfc.nasa.gov
http://science.nasa.gov/headlines/y2003/11feb_map.htm?list137719
http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/2748653.stm

6 februari 2003
Scherpe Hubble-opnamen van een ver melkwegstelsel hebben mogelijk grote gevolgen voor de bestaande theorieën over de structuur van ruimte en tijd. De opnamen hebben twee Amerikaanse onderzoekers in staat gesteld om een voorspelling van de kwantumtheorie te toetsen, namelijk dat de tijd niet gelijkmatig vooruit gaat, maar in minuscule, maar meetbare kwantumstapjes. Als deze voorspelling klopte, zouden de Hubble-beelden geen zogeheten interferentiepatroon rond het stelsel moeten laten zien. Die verwachting is gebaseerd op het feit dat door het gekwantificeerd zijn van de tijd, de lichtsnelheid minuscule variaties vertoont. Hierdoor zouden sommige lichtgolven van een object in de loop van de miljarden (licht)jaren een kleine voorsprong krijgen op de rest, en andere een kleine achterstand. Het verwachte interferentiepatroon is echter wel waargenomen, wat erop wijst dat de lichtsnelheid zeer constant is, en de tijd gelijkmatig verstrijkt of in stapjes die veel kleiner zijn dan verwacht.
Meer informatie: http://www.uah.edu/News/2003news/sharp_image.html

22 oktober 2002
Nieuwe waarnemingen met de röntgensatelliet Chandra lijken het bestaan van donkere materie te bevestigen. Het alternatief' de theorie dat de zwaartekracht zich op grote afstanden anders gedraagt dan op kleine afstanden' lijkt vooralsnog minder kans van slagen te hebben.
De waarnemingen waren gericht op het melkwegstelsel NGC 720, dat gehuld is in een enigszins afgeplatte, ellipsoïdale wolk van heet gas. Deze wolk is platter dan verklaard kan worden met de gezamenlijke aantrekkingskracht van de sterren en gaswolken in het stelsel. Hij moet deel uitmaken van een nog groter omhulsel dat donkere materie bevat: anders zou het hete gas allang ontsnapt zijn. De vorm ervan kan met de meest gangbare alternatieve zwaartekrachtstheorie niet worden verklaard.
Meer informatie:
http://chandra.harvard.edu
http://chandra.nasa.gov

19 september 2002
Radiowaarnemingen vanaf Antarctica lijken de bestaande kosmologische theorieën te bevestigen. De kosmische achtergrondstraling' een overblijfsel van de oerknal' blijkt namelijk licht gepolariseerd te zijn. Dat duidt erop dat er 14 miljard jaar geleden, toen straling en materie voor het laatst wisselwerkten, verstrooiing van de straling heeft plaatsgevonden. De waarneming van de polarisatie duidt erop dat het beeld van het heelal dat de laatste jaren ontstaan is juist is: het heelal bestaat voor minder dan vijf procent uit normale materie en energie en voor het overige uit een mysterieuze “donkere energie” die de uitdijing van het heelal doet versnellen.
Meer informatie: http://www-news.uchicago.edu/releases/02/020918.carlstrom.shtml

7 augustus 2002
In het laatste nummer van Nature schrijven de Australische fysicus Paul Davies en collega’s dat de lichtsnelheid mogelijk niet constant is. In de loop van de miljarden jaren zou de snelheid waarmee fotonen door de ruimte bewegen afnemen. De fysici baseren hun stelling op waarnemingen van absorptielijnen in het licht van een verre quasar, die eerder dit jaar door de astronoom John Webb zijn gedaan. Volgens Davies is het denkbaar dat de lichtsnelheid tijdens de oerknal oneindig groot was, hetgeen een aantal eigenschappen van ons heelal, zoals de gelijkmatigheid van de achtergrondstraling, zou kunnen verklaren.
Meer informatie: http://www.pr.mq.edu.au/events/index.asp?ItemID=607

31 juli 2002
Met de Amerikaanse röntgensatelliet Chandra is een deel van een intergalactisch netwerk van heet gas en donkere materie waargenomen. Het hete gas vormt een soort rivierenstelsel tussen de melkwegstelsels; het omvat alles bij elkaar meer materie dan alle sterren in het heelal bij elkaar. Aangenomen wordt dat in de buurt van het hete gas ook de belangrijkste concentraties van de zogeheten donkere materie zullen worden aangetroffen. In een van de ‘rivieren’ liggen zowel ons Melkwegstelsel als de Andromedanevel. De röntgenstraling van het hete gas is overigens te zwak om rechtstreeks waarneembaar te zijn: het bestaan ervan kon alleen worden afgeleid doordat het gas de straling van verder weg gelegen objecten (quasars) verzwakt of juist doordat voorgrondobjecten de straling van het gas tegenhouden.
Meer informatie:
http://chandra.harvard.edu
http://chandra.nasa.gov

12 juli 2002
Er zijn nieuwe grenzen opgelegd aan de massa van het neutrino. Onderzoek aan de grootschalige structuur van het heelal heeft namelijk uitgewezen dat deze deeltjes niet meer dan 1/8 van de totale hoeveelheid donkere materie in het heelal kunnen vormen. Neutrino’s behoren namelijk tot de zogeheten ‘hete, donkere materie’ en als er veel meer van deze materie zou zijn, zou de materie op de schaal van clusters veel minder klonterig zijn dan we nu waarnemen. De meeste donkere materie bestaat waarschijnlijk uit ‘koude, donkere materie’: betrekkelijk zware deeltjes die langzaam bewegen. De nieuwe resultaten duiden erop dat het neutrino niet zwaarder kan zijn dan 2,2 eV, wat minder is dan eerdere schattingen hadden uitgewezen.
Meer informatie: http://focus.aps.org/v10/st2.html

9 juli 2002
Onderzoek met de Europese röntgensatelliet XMM-Newton heeft uitgewezen dat quasars opmerkelijk veel ijzer bevatten. Met de XMM is een quasar onderzocht op ongeveer anderhalf miljard lichtjaar van de rand van het zichtbare heelal. Dat betekent dat het object ongeveer anderhalf miljard jaar na de oerknal zijn waargenomen toestand heeft bereikt.
Dat de quasar zo veel ijzer bevat' driemaal zo veel als onze zon' is opmerkelijk, omdat er in die tijd nog maar weinig generaties sterren kunnen zijn geweest die zware elementen hebben gemaakt. Een mogelijke verklaring is dat de eerste sterren in het heelal gemiddeld veel groter en zwaarder waren dan hun huidige soortgenoten, waardoor de generaties sterren elkaar sneller opvolgden en grote hoeveelheden zware elementen bij supernova-explosies in het interstellaire medium terechtkwamen. Andere mogelijkheden zijn dat het heelal ouder is dan we denken of dat er andere manieren (buiten sterren) zijn om zware elementen te produceren.
Meer informatie:
http://sci.esa.int/content/news/index.cfm?aid=1&cid=1&oid=30255
http://www.mpg.de/pri02/pri0268.htm

27 juni 2002
De laatste jaren worden steeds verder weg gelegen quasars waargenomen' record na record sneuvelt. Aangenomen wordt dat quasars' in feite de heldere kernen van jonge melkwegstelsels' hun grote helderheid te danken hebben aan een superzwaar zwart gat waar een schijf van hete materie omheen draait.
Alles duidt er op dat een quasar meer licht uitzendt naarmate het zwarte gat zwaarder is. Bij de quasars op recordafstanden zitten opmerkelijk heldere exemplaren, die dus een zeer zwaar zwart gat moeten bevatten. Sommige van deze zwarte gaten zouden maar liefst enkele miljarden zonsmassa’s zwaar moeten zijn. Maar hoe kunnen deze objecten al zo kort (minder dan 1 miljard jaar) na de oerknal zo veel massa hebben verzameld?
Theoretisch onderzoek duidt erop dat het antwoord misschien wel heel simpel is: dat hebben ze niet, en ze zijn ook minder helder dan we denken. Berekeningen wijzen uit dat het licht van een aanzienlijk aantal verre quasars onderweg naar de aarde wordt versterkt door de lenswerking van tussengelegen stelsels. Dankzij dit gravitatielenseffect lijken deze verre quasars veel helderder dan ze in werkelijkheid zijn.
Meer informatie: http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/0203116

23 mei 2002
Sterrenkundigen hebben met behulp van de Cosmic Background Imager (CBI) in Chili nieuwe gedetailleerde opnamen gemaakt van de kosmische achtergrondstraling. Deze microgolfstraling is het overblijfsel van de straling die 300.000 jaar na de oerknal vrijkwam toen het heelal doorzichtig werd. De opnamen laten kleine verschillen zien in de intensiteit van de achtergrondstraling die op vroege dichtheidsverschillen in de materie en energie in het jonge heelal duiden; deze verschillen zouden later tot het ontstaan van (clusters van) melkwegstelsels hebben geleid. De CBI-resultaten lijken de inflatietheorie' die zegt dat het heelal in de eerste fractie van een seconde vele malen groter werd' te ondersteunen.
Onderzoek dat het afgelopen jaar met de Very Small Array (VSA) op Tenerife is gedaan leidt tot soortgelijke conclusies: ons heelal is geometrisch ‘vlak’, wordt gedomineerd door donkere materie, zwelt versneld op door een nog onverklaarde ‘donkere energie’ en heeft een kortstondige inflatiefase doorgemaakt.
Meer informatie:
http://www.nsf.gov/od/lpa/news/02/pr0241.htm
http://www.jb.man.ac.uk/news/vsa/

13 mei 2002
Uit Canadese computersimulaties blijkt in de eerste melkwegstelsels die tijdens de eerste miljard jaar na de oerknal geboren werden koude gaswolken konden ontstaan die duizend keer zo groot waren als de huidige gaswolken in ons Melkwegstelsel. Aangenomen wordt dat deze reuzenwolken de oorsprong zijn van de oudste sterrenhopen in het heelal: de bolhopen. Opmerkelijk genoeg lijkt het weinig uit te maken welk kosmologisch model bij de simulaties wordt gebruikt: de supergaswolken ontstaan altijd wel.

12 mei 2002
Canadese en Franse sterrenkundigen gaan met behulp van de 3,6-m Canada France Hawaï Telescope (CFHT) op Hawaï de komende vijf jaar gericht onderzoek doen naar de donkere energie die de uitdijing van het heelal lijkt te versnellen. Daarnaast zal ook naar donkere materie worden gezocht en naar objecten in de zogeheten Kuipergordel aan de rand van ons zonnestelsel. Om tot resultaten te komen zullen gedurende 500 nachten opnamen worden gemaakt met de MegaCam, de grootste astrocamera ter wereld, waarmee opnamen van 1 bij 1 graad kunnen worden gemaakt. Naar verwachting zullen daarbij 80 verre supernovae worden opgespoord, die gebruikt kunnen worden voor onderzoek naar de veranderende uitdijing van het heelal.
Meer informatie: http://www.cfht.hawaii.edu/Science/CFHLS/

21 maart 2002
Volgens de Amerikaanse kosmoloog Craig Hogan zullen astronomen misschien ooit het begin der tijden kunnen bestuderen. Weliswaar is het met normale middelen niet mogelijk om voorbij de kosmische achtergrondstraling te kijken' de straling die 300.000 jaar na de oerknal eindelijk vrij door het heelal kon bewegen' maar waarom zou je je tot normale middelen beperken? Volgens Hogan is het denkbaar dat er experimenten worden ontwikkeld op basis van nog te ontdekken deeltjes: gravitonen. Gravitonen zijn de (nog zeer theoretische) bouwstenen van ruimte en tijd zélf: als ze ooit ontdekt worden, zou men (zeer theoretisch) terug kunnen kijken tot de oerknal.
Meer informatie: http://www.washington.edu

20 maart 2002
Britse en Australische sterrenkundigen hebben nieuwe aanwijzingen gevonden dat het heelal steeds sneller uitdijt. Zij baseren zich op de ruimtelijke verdeling van 250.000 melkwegstelsels, zoals die is bepaald in het kader van de 2dF Galaxy Redshift Survey. Door de huidige structuur in deze verdeling te vergelijken met de structuur die is waargenomen in de kosmische achtergrondstraling' in feite de materieverdeling 300.000 jaar na de oerknal' komen de onderzoekers tot de conclusie dat er inderdaad een ‘donkere energie’ is die de uitdijing van het heelal bespoedigt.
Meer informatie:
http://www.ras.org.uk/press/pn02-06.htm;
http://www.mso.anu.edu.au/2dFGRS/