ACT maakt tot nu toe de helderste beelden van de kosmische microgolfachtergrond
Nieuwe afbeeldingen van de Atacama Cosmology Telescope laten het heelal zien toen het ongeveer 380.000 jaar oud was.
De Nieuwe ACT-afbeeldingen van de zogenoemde Kosmische Microgolfachtergrondstraling (CMB = Cosmic Microwave Background) voegen een hogere definitie toe aan die welke meer dan tien jaar geleden werden waargenomen door de Planck-ruimtetelescoop van de ESA.
Volgens professor Suzanne Staggs van de universiteit van Princeton en directeur van ACT zien we de eerste stappen in de richting van het maken van de vroegste sterren en sterrenstelsels.
“we zien niet alleen licht en donker, we zien de polarisatie van licht in hoge resolutie. Dat is een bepalende factor die ACT onderscheidt van Planck en andere, eerdere telescopen.”
“Act heeft vijf keer de resolutie van Planck en een grotere gevoeligheid”, aldus dr. Sigurd Naess, onderzoeker aan de universiteit van Oslo.
“Dit betekent dat het zwakke polarisatiesignaal nu direct zichtbaar is.”
De polarisatieafbeelding onthult de gedetailleerde beweging van het waterstof- en heliumgas in de kosmische kindertijd.
“Vroeger konden we zien waar dingen waren en nu zien we ook hoe ze bewegen”, aldus professor Staggs.
“Net als het gebruik van getijden om de aanwezigheid van de Maan af te leiden, vertelt de beweging die wordt gevolgd door de polarisatie van het licht ons hoe sterk de zwaartekracht was in verschillende delen van de ruimte.”
“De nieuwe resultaten bevestigen een eenvoudig model van het heelal en hebben een meerderheid van de concurrerende alternatieven uitgesloten.”
In de eerste honderdduizenden jaren na de Oerknal was het oerplasma dat het heelal vulde zo heet dat licht zich niet vrij kon voortplanten, waardoor het heelal effectief ondoorzichtig werd.
De CMB vertegenwoordigt de eerste fase in de geschiedenis van het heelal die we kunnen zien – in feite het babybeeld van het heelal.
De nieuwe ACT-afbeeldingen geven een opmerkelijk helder beeld van zeer, zeer subtiele variaties in de dichtheid en snelheid van de gassen die het jonge heelal vulden.
Er zijn andere hedendaagse telescopen die de polarisatie meten met weinig ruis, maar geen van hen bestrijkt zo’n groot deel van de hemel als ACT. Wat eruit ziet als wazige wolken in de intensiteit van het licht zijn meer en minder dichte gebieden in een zee van waterstof en helium – heuvels en valleien die zich miljoenen lichtjaren uitstrekken.
In de daaropvolgende miljoenen tot miljarden jaren trok de zwaartekracht de dichtere gasgebieden naar binnen om sterren en sterrenstelsels te vormen.
Deze gedetailleerde beelden van het pasgeboren heelal helpen wetenschappers om langlopende vragen over de oorsprong van het heelal te beantwoorden.
Door terug te kijken naar die tijd toen dingen veel eenvoudiger waren kunnen astronomen het verhaal reconstrueren van hoe ons heelal evolueerde tot de rijke en complexe plek waar we ons vandaag de dag bevinden.
De onderzoekers hebben nauwkeuriger gemeten dat het waarneembare heelal zich bijna 50 miljard lichtjaar in alle richtingen van ons uitstrekt en evenveel massa bevat als 1900 “zetta-zonnen”, of bijna 2 biljoen * biljoen zonnen.
Van die 1900 zetta-zonnen is de massa van normale materie – de soort die we kunnen zien en meten – slechts 100.
Nog eens 500 zetta-zonnen massa zijn mysterieuze donkere materie en het equivalent van 1300 is de dominante vacuümenergie (ook wel donkere energie genoemd) van de lege ruimte.
Kleine neutrinodeeltjes vormen maximaal vier zetta-zonnen massa. Van de normale materie is driekwart van de massa waterstof en een kwart is helium.
Bijna al het helium in het heelal werd geproduceerd in de eerste drie minuten van de kosmische tijd.
De nieuwe metingen van de abundantie ervan komen heel goed overeen met theoretische modellen en met waarnemingen in sterrenstelsels.
De elementen waaruit wij mensen bestaan – voornamelijk koolstof, met zuurstof en stikstof en ijzer en zelfs sporen goud – werden later gevormd in sterren en zijn slechts een sprenkeling bovenop deze kosmische stoofpot.
De nieuwe metingen van ACT hebben ook schattingen verfijnd voor de leeftijd van het heelal en hoe snel het vandaag de dag groeit.
De inval van materie in het vroege heelal stuurde geluidsgolven door de ruimte, als rimpelingen die zich in cirkels op een vijver verspreiden.
Een jonger heelal zou sneller moeten zijn uitgezet om zijn huidige omvang te bereiken en de beelden die de onderzoekers meten lijken ons van dichterbij te bereiken.
De schijnbare omvang van de rimpelingen in de beelden zou in dat geval groter zijn, op dezelfde manier dat een liniaal die dichter bij je gezicht wordt gehouden groter lijkt dan een liniaal die op armlengte wordt gehouden.
De nieuwe gegevens bevestigen dat de leeftijd van het heelal 13,8 miljard jaar is, met een onzekerheid van slechts 0,1%.
De afgelopen jaren waren kosmologen het oneens over de Hubbleconstante, de snelheid waarmee de ruimte vandaag de dag uitdijt.
Metingen afgeleid van de CMB hebben consequent een expansiesnelheid van 67 tot 68 kilometer per seconde per megaparsec laten zien, terwijl metingen afgeleid van de beweging van nabijgelegen sterrenstelsels een Hubbleconstante van maar liefst 73 tot 74 kilometer per seconde per megaparsec aangeven.
Met behulp van de onlangs vrijgegeven data heeft het ACT-team de Hubbleconstante met grotere precisie gemeten en hun meting komt overeen met eerdere CMB-schattingen.
“We hebben deze geheel nieuwe meting van de hemel gedaan, wat ons een onafhankelijke controle van het kosmologische model gaf, en onze resultaten laten zien dat het klopt,” aldus Dr. Adriaan Duivenvoorden van het Max Planck instituut voor Astrofysica,
Een belangrijk doel van het onderzoek was om alternatieve modellen voor het heelal te onderzoeken die de onenigheid zouden verklaren.
Alternatieven zijn onder meer het veranderen van de manier waarop neutrino’s en de onzichtbare donkere materie zich gedragen, het toevoegen van een periode van versnelde expansie in het vroege heelal of het veranderen van fundamentele constanten van de natuur.
De onderzoekers hebben de CMB gebruikt als een detector voor nieuwe deeltjes of velden in het vroege heelal om eerder onbekend terrein te verkennen.
De ACT-gegevens tonen geen bewijs van dergelijke nieuwe signalen. Met de nieuwe resultaten heeft het standaard model van de kosmologie een buitengewoon nauwkeurige test doorstaan.
Het was voor de onderzoekers enigszins verrassend dat ze zelfs geen gedeeltelijk bewijs vonden om de hogere waarde te ondersteunen.
Er waren een paar gebieden waarvan de onderzoekers dachten dat ze bewijs konden vinden voor verklaringen voor de Hubblespanning, maar die waren er gewoon niet in de data.
Eerste publicatie: 21 maart 2025
Bron: sci-news
