Hoe Oud Is Het Universum? - Alternatieve Mening

Inhoudsopgave:

Hoe Oud Is Het Universum? - Alternatieve Mening
Hoe Oud Is Het Universum? - Alternatieve Mening

Video: Hoe Oud Is Het Universum? - Alternatieve Mening

Video: Hoe Oud Is Het Universum? - Alternatieve Mening
Video: Hoe oud is het heelal? (1/5) 2024, Mei
Anonim

Mensen zijn al sinds de oudheid geïnteresseerd in de leeftijd van het universum. En hoewel je haar niet om een paspoort kunt vragen om haar geboortedatum te zien, heeft de moderne wetenschap deze vraag wel kunnen beantwoorden. Toegegeven, pas vrij recent.

De wijzen van Babylon en Griekenland beschouwden het universum als eeuwig en onveranderlijk, en de hindoe-kroniekschrijvers in 150 voor Christus. stelde vast dat hij precies 1972 949 091 jaar oud was (overigens, in orde van grootte, ze vergisten zich niet veel!). In 1642 berekende de Engelse theoloog John Lightfoot, door middel van een nauwgezette analyse van bijbelse teksten, dat de schepping van de wereld plaatsvond in 3929 voor Christus; een paar jaar later verplaatste de Ierse bisschop James Asher het naar 4004. Ook de grondleggers van de moderne wetenschap Johannes Kepler en Isaac Newton negeerden dit onderwerp niet. Hoewel ze niet alleen een beroep deden op de Bijbel, maar ook op astronomie, waren hun resultaten vergelijkbaar met de berekeningen van theologen - 3993 en 3988 v. Chr. In onze verlichte tijd wordt de leeftijd van het universum op andere manieren bepaald. Om ze in historische projectie te zien, moet je eerst naar onze eigen planeet en zijn kosmische omgeving kijken.

Astronomen hebben de vroege biografie van het universum in detail bestudeerd. Maar ze hadden twijfels over haar exacte leeftijd, die ze pas de laatste decennia konden wegnemen
Astronomen hebben de vroege biografie van het universum in detail bestudeerd. Maar ze hadden twijfels over haar exacte leeftijd, die ze pas de laatste decennia konden wegnemen

Astronomen hebben de vroege biografie van het universum in detail bestudeerd. Maar ze hadden twijfels over haar exacte leeftijd, die ze pas de laatste decennia konden wegnemen.

Waarzeggerij door stenen

Vanaf de tweede helft van de 18e eeuw begonnen wetenschappers de ouderdom van de aarde en de zon te schatten op basis van fysieke modellen. Dus in 1787 concludeerde de Franse natuuronderzoeker Georges-Louis Leclerc dat als onze planeet bij de geboorte een bal van gesmolten ijzer was, het 75 tot 168 duizend jaar nodig zou hebben om af te koelen tot de huidige temperatuur. Na 108 jaar heeft de Ierse wiskundige en ingenieur John Perry de thermische geschiedenis van de aarde opnieuw berekend en de leeftijd bepaald op 2-3 miljard jaar. Helemaal aan het begin van de 20e eeuw kwam Lord Kelvin tot de conclusie dat als de zon geleidelijk krimpt en alleen schijnt door het vrijkomen van zwaartekrachtenergie, de leeftijd (en dus de maximale leeftijd van de aarde en andere planeten) enkele honderden miljoenen jaren kan zijn. Maar destijds konden geologen dit niet bevestigennoch weerleggen deze schattingen vanwege het gebrek aan betrouwbare methoden van geochronologie.

In het midden van het eerste decennium van de twintigste eeuw ontwikkelden Ernest Rutherford en de Amerikaanse chemicus Bertram Boltwood de grondbeginselen van radiometrische datering van de aarde, waaruit bleek dat Perry veel dichter bij de waarheid was. In de jaren 1920 werden monsters van mineralen gevonden waarvan de radiometrische leeftijd bijna 2 miljard jaar bedroeg. Later hebben geologen deze waarde herhaaldelijk verhoogd, en inmiddels is ze meer dan verdubbeld - tot 4,4 miljard. Aanvullende gegevens worden geleverd door de studie van "hemelse stenen" - meteorieten. Bijna alle radiometrische schattingen van hun leeftijd vallen binnen het interval van 4,4 tot 4,6 miljard jaar.

Image
Image

Promotie video:

Moderne helioseismologie maakt het mogelijk om rechtstreeks de leeftijd van de zon te bepalen, die volgens de laatste gegevens 4,56 - 4,58 miljard jaar is. Aangezien de duur van de zwaartekrachtcondensatie van de protosolaire wolk slechts in miljoenen jaren werd berekend, kan met vertrouwen worden beweerd dat er niet meer dan 4,6 miljard jaar zijn verstreken vanaf het begin van dit proces tot op de dag van vandaag. Tegelijkertijd bevat zonne-materie veel elementen die zwaarder zijn dan helium, die werden gevormd in thermonucleaire ovens van massieve sterren van vorige generaties, uitgebrand en geëxplodeerd door supernovae. Dit betekent dat de duur van het bestaan van het universum veel langer is dan de ouderdom van het zonnestelsel. Om de omvang van dit overschot te bepalen, moet je eerst onze Melkweg binnengaan en dan zijn grenzen overschrijden.

De witte dwergen volgen

De levensduur van onze Melkweg kan op verschillende manieren worden bepaald, maar we beperken ons tot twee van de meest betrouwbare. De eerste methode is gebaseerd op het volgen van de gloed van witte dwergen. Deze compacte (ongeveer de grootte van de aarde) en aanvankelijk zeer hete hemellichamen vertegenwoordigen de laatste levensfase van bijna alle sterren, met uitzondering van de zwaarste sterren. Om in een witte dwerg te veranderen, moet een ster al zijn thermonucleaire brandstof volledig verbranden en verschillende rampen ondergaan - bijvoorbeeld een tijdje een rode reus worden.

Natuurlijke klok

Volgens radiometrische dateringen worden de grijze gneisses van de kust van het Great Slave Lake in het noordwesten van Canada nu beschouwd als de oudste rotsen op aarde - hun leeftijd wordt bepaald op 4,03 miljard jaar. Zelfs eerder (4,4 miljard jaar geleden) kristalliseerden de kleinste korrels van het mineraal zirkoon, een natuurlijk zirkoniumsilicaat, gevonden in gneis in West-Australië. En aangezien de aardkorst toen al bestond, zou onze planeet wat ouder moeten zijn.

Image
Image

Wat meteorieten betreft, wordt de meest nauwkeurige informatie verschaft door de datering van calcium-aluminium insluitsels in het materiaal van meteorieten uit het Carboon chondriet, die praktisch niet veranderden na de vorming ervan uit een gasstofwolk die de pasgeboren zon omringde. De radiometrische ouderdom van dergelijke structuren in de Efremovka-meteoriet, gevonden in 1962 in de Pavlodar-regio van Kazachstan, is 4 miljard 567 miljoen jaar.

Een typische witte dwerg bestaat bijna volledig uit koolstof- en zuurstofionen ondergedompeld in gedegenereerd elektronengas en heeft een dunne atmosfeer die wordt gedomineerd door waterstof of helium. De oppervlaktetemperatuur varieert van 8.000 tot 40.000 K, terwijl de centrale zone wordt verwarmd tot miljoenen en zelfs tientallen miljoenen graden. Volgens theoretische modellen kunnen ook dwergen geboren worden, die voornamelijk bestaan uit zuurstof, neon en magnesium (waarin sterren met een massa van 8 tot 10,5 of zelfs tot 12 zonsmassa's onder bepaalde omstandigheden draaien), maar hun bestaan is nog niet bewezen. De theorie stelt ook dat sterren die minstens twee keer zo zwaar zijn als de zon, eindigen als heliumwitte dwergen. Zulke sterren zijn erg talrijkze verbranden waterstof echter extreem langzaam en leven daarom vele tientallen en honderden miljoenen jaren. Tot dusverre hadden ze simpelweg niet genoeg tijd om de waterstofbrandstof uit te putten (maar heel weinig tot dusver ontdekte heliumdwergen leven in binaire systemen en zijn op een heel andere manier ontstaan).

Omdat de witte dwerg geen thermonucleaire fusiereacties kan ondersteunen, schijnt hij door de opgehoopte energie en koelt daarom langzaam af. De snelheid van deze afkoeling kan worden berekend en op basis hiervan de tijd bepalen die nodig is om de oppervlaktetemperatuur te verlagen van de begintemperatuur (voor een typische dwerg is dit ongeveer 150.000 K) naar de waargenomen temperatuur. Omdat we geïnteresseerd zijn in de leeftijd van de Melkweg, moeten we op zoek gaan naar de langstlevende en dus de koudste witte dwergen. Moderne telescopen kunnen intragalactische dwergen detecteren met een oppervlaktetemperatuur van minder dan 4000 K, waarvan de helderheid 30.000 keer lager is dan die van de zon. Totdat ze worden gevonden - ze zijn er helemaal niet of heel weinig. Hieruit volgt dat ons Melkwegstelsel niet ouder kan zijn dan 15 miljard jaar, anders zouden ze in merkbare hoeveelheden aanwezig zijn.

Om gesteenten te dateren, wordt een analyse van het gehalte aan vervalproducten van verschillende radioactieve isotopen gebruikt. Afhankelijk van het type gesteente en de datering worden verschillende paren isotopen gebruikt
Om gesteenten te dateren, wordt een analyse van het gehalte aan vervalproducten van verschillende radioactieve isotopen gebruikt. Afhankelijk van het type gesteente en de datering worden verschillende paren isotopen gebruikt

Om gesteenten te dateren, wordt een analyse van het gehalte aan vervalproducten van verschillende radioactieve isotopen gebruikt. Afhankelijk van het type gesteente en de datering worden verschillende paren isotopen gebruikt.

Dit is de maximale leeftijdsgrens. Hoe zit het met de onderkant? De koudste witte dwergen die nu bekend zijn, werden in 2002 en 2007 door de Hubble-ruimtetelescoop geregistreerd. Berekeningen hebben aangetoond dat hun leeftijd 11,5 - 12 miljard jaar is. Daarbij komt nog de ouderdom van de voorgangersterren (van een half miljard tot een miljard jaar). Hieruit volgt dat de Melkweg niet jonger is dan 13 miljard jaar. Dus de uiteindelijke schatting van zijn leeftijd, gebaseerd op de observatie van witte dwergen, is ongeveer 13-15 miljard jaar.

Bal certificaten

De tweede methode is gebaseerd op de studie van bolvormige sterrenhopen die zich in de perifere zone van de Melkweg bevinden en rond de kern ervan draaien. Ze bevatten honderdduizenden tot meer dan een miljoen sterren die door wederzijdse aantrekkingskracht met elkaar zijn verbonden.

Bolvormige sterrenhopen worden in bijna alle grote sterrenstelsels aangetroffen, en hun aantal bereikt soms vele duizenden. Nieuwe sterren worden daar praktisch niet geboren, maar oudere sterren zijn er in overvloed. Ongeveer 160 van dergelijke bolvormige sterrenhopen zijn geregistreerd in onze Melkweg, en misschien zullen er nog twee of drie dozijn worden ontdekt. De mechanismen van hun vorming zijn niet helemaal duidelijk, maar veel van hen zijn waarschijnlijk kort na de geboorte van de Melkweg zelf ontstaan. Daarom stelt het dateren van de vorming van de oudste bolhopen ons in staat om de ondergrens van het galactische tijdperk vast te stellen.

Deze datering is technisch moeilijk, maar het is gebaseerd op een heel eenvoudig idee. Alle clustersterren (van superzwaar tot lichtste) worden gevormd uit dezelfde totale gaswolk en worden daarom vrijwel gelijktijdig geboren. Na verloop van tijd verbranden ze de belangrijkste waterstofreserves - sommige eerder, andere later. In dit stadium verlaat de ster de hoofdreeks en ondergaat een reeks transformaties, die uitmonden in ofwel een volledige instorting van de zwaartekracht (gevolgd door de vorming van een neutronenster of een zwart gat) of het verschijnen van een witte dwerg. Daarom maakt de studie van de samenstelling van een bolhoop het mogelijk om de leeftijd nauwkeurig te bepalen. Voor betrouwbare statistieken moet het aantal bestudeerde clusters minstens enkele tientallen bedragen.

Dit werk werd drie jaar geleden uitgevoerd door een team van astronomen met behulp van de ACS-camera (Advanvced Camera for Survey) van de Hubble Space Telescope. Monitoring van 41 bolvormige sterrenhopen in onze Melkweg heeft aangetoond dat hun gemiddelde leeftijd 12,8 miljard jaar is. De recordhouders waren de clusters NGC 6937 en NGC 6752, gelegen op 7200 en 13.000 lichtjaar van de zon. Ze zijn vrijwel zeker minstens 13 miljard jaar oud, waarbij de meest waarschijnlijke levensduur van de tweede cluster 13,4 miljard jaar is (zij het met een fout van plus of min een miljard).

Sterren met een massa in de orde van de zon, als de waterstofreserves uitgeput raken, zwellen op en gaan over in de categorie van rode dwergen, waarna hun heliumkern tijdens compressie opwarmt en helium begint te verbranden. Na een tijdje werpt de ster zijn omhulsel af, vormt een planetaire nevel, gaat dan in de categorie van witte dwergen en koelt dan af
Sterren met een massa in de orde van de zon, als de waterstofreserves uitgeput raken, zwellen op en gaan over in de categorie van rode dwergen, waarna hun heliumkern tijdens compressie opwarmt en helium begint te verbranden. Na een tijdje werpt de ster zijn omhulsel af, vormt een planetaire nevel, gaat dan in de categorie van witte dwergen en koelt dan af

Sterren met een massa in de orde van de zon, als de waterstofreserves uitgeput raken, zwellen op en gaan over in de categorie van rode dwergen, waarna hun heliumkern tijdens compressie opwarmt en helium begint te verbranden. Na een tijdje werpt de ster zijn omhulsel af, vormt een planetaire nevel, gaat dan in de categorie van witte dwergen en koelt dan af.

Onze Melkweg zou echter ouder moeten zijn dan zijn clusters. De eerste superzware sterren explodeerden tot supernovae en wierpen de kernen van vele elementen in de ruimte, in het bijzonder de kernen van de stabiele isotoop beryllium-beryllium-9. Toen zich bolvormige sterrenhopen begonnen te vormen, bevatten hun pasgeboren sterren al beryllium, en hoe meer, hoe later ze ontstonden. Door het berylliumgehalte in hun atmosferen, kan men erachter komen hoeveel jonger de clusters zijn dan de Melkweg. Zoals blijkt uit de gegevens over de cluster NGC 6937, is dit verschil 200 - 300 miljoen jaar. Dus zonder al te veel rek kunnen we zeggen dat de leeftijd van de Melkweg meer dan 13 miljard jaar is en mogelijk 13,3 - 13,4 miljard bereikt. Dit is praktisch dezelfde schatting als gemaakt op basis van observatie van witte dwergen, maar het werd op een geheel andere manier verkregen manier.

Hubble's wet

De wetenschappelijke formulering van de vraag naar de ouderdom van het heelal werd pas aan het begin van het tweede kwart van de vorige eeuw mogelijk. Eind jaren twintig begonnen Edwin Hubble en zijn assistent Milton Humason de afstanden te verfijnen tot tientallen nevels buiten de Melkweg, die slechts een paar jaar eerder als onafhankelijke sterrenstelsels werden beschouwd.

Deze sterrenstelsels bewegen zich weg van de zon met radiale snelheden die zijn gemeten door de roodverschuiving van hun spectra. Hoewel de afstanden tot de meeste van deze sterrenstelsels met een grote fout werden bepaald, ontdekte Hubble niettemin dat ze ongeveer evenredig waren met de radiale snelheden, waarover hij schreef in een artikel dat begin 1929 werd gepubliceerd. Twee jaar later bevestigden Hubble en Humason deze conclusie op basis van waarnemingen van andere sterrenstelsels, waarvan sommige meer dan 100 miljoen lichtjaar verwijderd zijn.

Deze gegevens vormden de basis van de beroemde formule v = H0d, bekend als de wet van Hubble. Hier is v de radiale snelheid van het sterrenstelsel ten opzichte van de aarde, d is de afstand, H0 is de evenredigheidscoëfficiënt, waarvan de dimensie, zoals gemakkelijk te zien is, omgekeerd is aan de tijdsdimensie (eerder heette het de Hubble-constante, wat niet klopt, omdat in eerdere tijdperken de waarde van H0 anders was dan in onze tijd). Hubble zelf en vele andere astronomen hebben lange tijd veronderstellingen over de fysieke betekenis van deze parameter verlaten. Georges Lemaitre toonde echter al in 1927 aan dat de algemene relativiteitstheorie het mogelijk maakt om de verstrooiing van sterrenstelsels te interpreteren als bewijs van de uitbreiding van het heelal. Vier jaar later had hij de moed om deze conclusie tot een logische conclusie te trekken en de hypothese naar voren te brengen dat het universum is ontstaan uit een bijna puntembryo, dat hij, bij gebrek aan een betere term,een atoom genoemd. Dit oeratoom kon tot in het oneindige in een statische toestand blijven, maar zijn "explosie" gaf aanleiding tot een zich uitbreidende ruimte gevuld met materie en straling, die in een eindige tijd aanleiding gaf tot het huidige heelal. Al in zijn eerste artikel leidde Lemaitre een volledig analoog van de Hubble-formule af en, met de gegevens over de snelheden en afstanden van een aantal sterrenstelsels die op dat moment bekend waren, verkreeg hij ongeveer dezelfde waarde van de evenredigheidscoëfficiënt tussen afstanden en snelheden als Hubble. Zijn artikel werd echter in het Frans gepubliceerd in een weinig bekend Belgisch tijdschrift en bleef aanvankelijk onopgemerkt. Het werd pas in 1931 bekend bij de meeste astronomen na de publicatie van de Engelse vertaling. Dit oeratoom kon tot in het oneindige in een statische toestand blijven, maar zijn "explosie" gaf aanleiding tot een zich uitbreidende ruimte gevuld met materie en straling, die in een eindige tijd aanleiding gaf tot het huidige heelal. Al in zijn eerste artikel leidde Lemaitre een volledig analoog van de Hubble-formule af en, met de gegevens over de snelheden en afstanden van een aantal sterrenstelsels die op dat moment bekend waren, verkreeg hij ongeveer dezelfde waarde van de evenredigheidscoëfficiënt tussen afstanden en snelheden als Hubble. Zijn artikel werd echter in het Frans gepubliceerd in een weinig bekend Belgisch tijdschrift en bleef aanvankelijk onopgemerkt. Het werd pas in 1931 bekend bij de meeste astronomen na de publicatie van de Engelse vertaling. Dit oeratoom kon tot in het oneindige in een statische toestand blijven, maar zijn "explosie" gaf aanleiding tot een zich uitbreidende ruimte gevuld met materie en straling, die in een eindige tijd aanleiding gaf tot het huidige heelal. Al in zijn eerste artikel leidde Lemaitre een volledig analoog van de Hubble-formule af en, met de gegevens over de snelheden en afstanden van een aantal sterrenstelsels die op dat moment bekend waren, verkreeg hij ongeveer dezelfde waarde van de evenredigheidscoëfficiënt tussen afstanden en snelheden als Hubble. Zijn artikel werd echter in het Frans gepubliceerd in een weinig bekend Belgisch tijdschrift en bleef aanvankelijk onopgemerkt. Het werd pas in 1931 bekend bij de meeste astronomen na de publicatie van de Engelse vertaling.die in een eindige tijd aanleiding gaven tot het huidige universum. Al in zijn eerste artikel leidde Lemaitre een volledig analoog van de Hubble-formule af en, met de gegevens over de snelheden en afstanden van een aantal sterrenstelsels die op dat moment bekend waren, verkreeg hij ongeveer dezelfde waarde van de evenredigheidscoëfficiënt tussen afstanden en snelheden als Hubble. Zijn artikel werd echter in het Frans gepubliceerd in een weinig bekend Belgisch tijdschrift en bleef aanvankelijk onopgemerkt. Het werd pas in 1931 bekend bij de meeste astronomen na de publicatie van de Engelse vertaling.die in een eindige tijd aanleiding gaven tot het huidige universum. Al in zijn eerste artikel heeft Lemaitre een volledig analoog van de Hubble-formule afgeleid en, met de beschikking over de gegevens over de snelheden en afstanden van een aantal sterrenstelsels die op dat moment bekend waren, verkreeg hij ongeveer dezelfde waarde van de evenredigheidscoëfficiënt tussen afstanden en snelheden als Hubble. Zijn artikel werd echter in het Frans gepubliceerd in een weinig bekend Belgisch tijdschrift en bleef aanvankelijk onopgemerkt. Het werd pas in 1931 bekend bij de meeste astronomen na de publicatie van de Engelse vertaling.als Hubble. Zijn artikel werd echter in het Frans gepubliceerd in een weinig bekend Belgisch tijdschrift en bleef aanvankelijk onopgemerkt. Het werd pas in 1931 bekend bij de meeste astronomen na de publicatie van de Engelse vertaling.als Hubble. Zijn artikel werd echter in het Frans gepubliceerd in een weinig bekend Belgisch tijdschrift en bleef aanvankelijk onopgemerkt. Het werd pas in 1931 bekend bij de meeste astronomen na de publicatie van de Engelse vertaling.

De evolutie van het heelal wordt bepaald door de beginsnelheid van zijn expansie, evenals door de effecten van zwaartekracht (inclusief donkere materie) en antizwaartekracht (donkere energie). Afhankelijk van de verhouding tussen deze factoren, heeft de grafiek van de grootte van het heelal een andere vorm, zowel in de toekomst als in het verleden, wat de schatting van de leeftijd beïnvloedt. Huidige waarnemingen laten zien dat het heelal exponentieel uitbreidt (rode grafiek)
De evolutie van het heelal wordt bepaald door de beginsnelheid van zijn expansie, evenals door de effecten van zwaartekracht (inclusief donkere materie) en antizwaartekracht (donkere energie). Afhankelijk van de verhouding tussen deze factoren, heeft de grafiek van de grootte van het heelal een andere vorm, zowel in de toekomst als in het verleden, wat de schatting van de leeftijd beïnvloedt. Huidige waarnemingen laten zien dat het heelal exponentieel uitbreidt (rode grafiek)

De evolutie van het heelal wordt bepaald door de beginsnelheid van zijn expansie, evenals door de effecten van zwaartekracht (inclusief donkere materie) en antizwaartekracht (donkere energie). Afhankelijk van de verhouding tussen deze factoren, heeft de grafiek van de grootte van het heelal een andere vorm, zowel in de toekomst als in het verleden, wat de schatting van de leeftijd beïnvloedt. Huidige waarnemingen laten zien dat het heelal exponentieel uitbreidt (rode grafiek).

Hubble-tijd

Uit dit werk van Lemaitre en de latere werken van zowel Hubble zelf als andere kosmologen, volgde direct dat de leeftijd van het heelal (natuurlijk gemeten vanaf het eerste moment van zijn uitdijing) afhangt van de waarde 1 / H0, die nu de Hubble-tijd wordt genoemd. De aard van deze afhankelijkheid wordt bepaald door een specifiek model van het universum. Als we aannemen dat we in een vlak heelal leven gevuld met graviterende materie en straling, dan moet 1 / H0 vermenigvuldigd worden met 2/3 om de leeftijd te berekenen.

Dit is waar de vangst is ontstaan. Uit de metingen van Hubble en Humason volgde dat de numerieke waarde van 1 / H0 ongeveer gelijk is aan 1,8 miljard jaar. Hieruit volgde dat het heelal 1,2 miljard jaar geleden werd geboren, wat duidelijk in tegenspraak was met zelfs sterk onderschatte schattingen van de leeftijd van de aarde op dat moment. Men zou uit deze moeilijkheid kunnen komen door aan te nemen dat sterrenstelsels langzamer wegvliegen dan Hubble dacht. Na verloop van tijd werd deze veronderstelling bevestigd, maar het probleem werd niet opgelost. Volgens gegevens die aan het einde van de vorige eeuw zijn verkregen met behulp van optische astronomie, varieert 1 / H0 van 13 tot 15 miljard jaar. De discrepantie bleef dus bestaan, aangezien aangenomen werd dat de ruimte van het heelal vlak was, en tweederde van de Hubble-tijd veel minder is dan zelfs de meest bescheiden schattingen van de ouderdom van de Melkweg.

Lege wereld

Volgens de laatste metingen van de Hubble-parameter is de ondergrens van de Hubble-tijd 13,5 miljard jaar en de bovengrens 14 miljard. Het blijkt dat de huidige leeftijd van het heelal ongeveer gelijk is aan de huidige Hubble-tijd. Een dergelijke gelijkheid moet strikt en onveranderlijk worden nageleefd voor een absoluut leeg universum, waar geen zwaartekrachtmaterie of antizwaartekrachtvelden zijn. Maar in onze wereld is er genoeg van beide. Het feit is dat de ruimte zich aanvankelijk uitbreidde met een vertraging, daarna begon de snelheid van zijn uitbreiding te groeien, en in het huidige tijdperk hebben deze tegengestelde tendensen elkaar bijna gecompenseerd.

Image
Image

Over het algemeen werd deze tegenstrijdigheid in 1998-1999 geëlimineerd, toen twee teams van astronomen bewezen dat de ruimte de afgelopen 5-6 miljard jaar niet met afnemende, maar met toenemende snelheid is uitgebreid. Deze versnelling wordt meestal verklaard door het feit dat de invloed van de antizwaartekrachtfactor, de zogenaamde donkere energie, waarvan de dichtheid in de loop van de tijd niet verandert, in ons universum toeneemt. Omdat de dichtheid van graviterende materie afneemt naarmate de kosmos groter wordt, concurreert donkere energie steeds meer met de zwaartekracht. De duur van het bestaan van het heelal met een antizwaartekrachtcomponent hoeft niet gelijk te zijn aan tweederde van de Hubble-tijd. Daarom maakte de ontdekking van de versnellende uitdijing van het heelal (gemarkeerd in 2011 door de Nobelprijs) het mogelijk om de scheiding tussen kosmologische en astronomische schattingen van zijn levensduur te elimineren. Het diende ook als een opmaat voor de ontwikkeling van een nieuwe methode om haar geboorte te daten.

Kosmische ritmes

Op 30 juni 2001 stuurde NASA de Explorer 80-sonde de ruimte in, twee jaar later omgedoopt tot WMAP, de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Zijn apparatuur maakte het mogelijk om temperatuurschommelingen van microgolfachtergrondstraling te registreren met een hoekresolutie van minder dan drie tienden van een graad. Toen was al bekend dat het spectrum van deze straling bijna volledig samenvalt met het spectrum van een ideaal zwart lichaam verwarmd tot 2.725 K, en zijn temperatuurschommelingen tijdens "grofkorrelige" metingen met een hoekresolutie van 10 graden niet groter zijn dan 0,000036 K. Op de schaal van de WMAP-sonde waren de amplitudes van dergelijke fluctuaties zes keer groter (ongeveer 0,0002 K). De relikwie-straling bleek vlekkerig, dicht gevlekt met iets meer en iets minder verwarmde gebieden.

Fluctuaties in de relictstraling worden gegenereerd door fluctuaties in de dichtheid van het elektron-foton gas dat ooit de ruimte vulde. Ongeveer 380.000 jaar na de oerknal daalde het tot bijna nul, toen vrijwel alle vrije elektronen zich combineerden met de kernen van waterstof, helium en lithium en daarmee de basis legden voor neutrale atomen. Totdat dit gebeurde, propageerden geluidsgolven zich voort in het elektron-foton-gas, dat werd beïnvloed door de zwaartekrachtvelden van donkere materiedeeltjes. Deze golven, of, zoals astrofysici zeggen, akoestische trillingen, hebben een stempel gedrukt op het spectrum van de relictstraling. Dit spectrum kan worden ontcijferd met behulp van het theoretische apparaat van kosmologie en magnetohydrodynamica, dat het mogelijk maakt om de ouderdom van het heelal opnieuw te evalueren. Zoals de laatste berekeningen laten zien,de meest waarschijnlijke lengte is 13,72 miljard jaar. Het wordt nu beschouwd als de standaard schatting van de levensduur van het universum. Als we rekening houden met alle mogelijke onnauwkeurigheden, toleranties en benaderingen, kunnen we concluderen dat, volgens de resultaten van de WMAP-sonde, het heelal 13,5 tot 14 miljard jaar bestaat.

Zodoende hebben astronomen, die de ouderdom van het universum op drie verschillende manieren schatten, vrij consistente resultaten verkregen. Daarom weten we nu (of, om het voorzichtiger te zeggen, we denken te weten) wanneer ons universum is ontstaan - in ieder geval met een nauwkeurigheid van enkele honderden miljoenen jaren. Waarschijnlijk zullen afstammelingen de oplossing voor dit eeuwenoude raadsel toevoegen aan de lijst van de meest opmerkelijke verworvenheden van astronomie en astrofysica.

Alexey Levin

Aanbevolen: