Hoe oud is het heelal?

Leeftijd is slechts een getal maar als het gaat over de leeftijd van het heelal dan is het wel een heel belangrijk getal. Onderzoek heeft uitgewezen dat het heelal ongeveer 13,8 miljard jaar oud is. Hoe hebben onderzoekers bepaald hoeveel kaarsjes ze op de verjaardagstaart van het heelal moeten zetten? Er zijn twee methodes om de leeftijd van het heelal te berekenen: ze kunnen de oudste objecten in het heelal bestuderen en ze kunnen meten hoe snel het heelal uitdijt.

Leeftijdsgrenzen

Het heelal kan niet ouder zijn dan de objecten die zich er in bevinden. Door de leeftijd van de oudste sterren te bepalen kunnen wetenschappers aangeven hoe oud het heelal maximaal kan zijn.

De levenscyclus van een ster is gebaseerd op zijn massa. Zware sterren leven korter dan lichte sterren. Een ster die 10 keer zo zwaar is als onze zon zal ongeveer 20 miljoen jaar oud worden terwijl een ster met de helft van de massa van onze zon wel 20 miljard jaar oud kan worden. De massa heeft tevens een invloed op de helderheid van de ster. Zo zijn zware sterren helderder dan lichte sterren.

Compacte formaties van sterren die we bolvormige sterrenhopen noemen vertonen dezelfde karakteristieken. De oudst bekende bolhopen bevatten sterren die een leeftijd hebben tussen de 11 en de 18 miljard jaar oud.

De grote spreiding wordt veroorzaakt door problemen bij het vaststellen van de exacte afstand tot de bolhopen. De afstand is bepalend voor de helderheid en dus de massa. Als een bolhoop verder weg is dan astronomen denken dan zijn de sterren ook helderder en dus zwaarder en dus jonger dan berekend. Deze onzekerheid zorgt voor een grens aan de leeftijd van het heelal. Het heelal is tenminste 11 miljard jaar oud. Het kan ouder zijn maar zeker niet jonger.

Uitdijing van het heelal

Het heelal waarin we leven is niet plat en onveranderlijk; het heelal expandeert voortdurend. Als de expansiesnelheid bekend is dan kunnen astronomen dit gegeven gebruiken om terug te rekenen en zo de leeftijd van het heelal achterhalen. Een exacte waarde weten voor de uitdijingssnelheid van het heelal – oftewel de Hubble constante – is essentieel om de leeftijd te kunnen berekenen.

Er zijn een aantal factoren die de waarde van deze constante bepalen. De eerste is het type materie dat het meest voorkomt in het heelal. Wetenschappers moeten eerst de hoeveelheid normale en de donkere materie en donkere energie bepalen. Dichtheid speelt hierbij ook een rol. Een heelal met een lage materie dichtheid is ouder dan een heelal waarin veel materie voorkomt.

De leeftijd van het heelal
De leeftijd van het heelal (NASA/WMAP)

Om de dichtheid en de samenstelling van het heelal te bepalen vertrouwen wetenschappers op onderzoeksmissies zoals de WMAP van de NASA (De Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) en de Europese Planck satelliet. Door de thermische straling die over is gebleven van de Oerknal te meten is het mogelijk om de dichtheid, de samenstelling en de uitdijingsratio van het heelal te berekenen. De straling die over is gebleven na de Oerknal wordt de kosmische achtergrondstraling genoemd en die is zowel de WMAP als de Planck in kaart gebracht.

De kosmische achtergrondstraling
De kosmische achtergrondstraling vastgelegd door de COBE en zijn opvolger, de WMAP

In 2012 werd op basis van metingen van de WMAP de leeftijd van het heelal geschat op 13,772 miljard jaar met een onzekerheid van 59 miljoen jaar. De metingen van de Planck-satelliet leverden een leeftijd op van 13,82 miljard jaar. Beiden vallen binnen de limiet van 11 miljard jaar die is bepaald uit de metingen aan bolhopen.

De kosmische achtergrondstraling volgens Planck
De kosmische achtergrondstraling in kaart gebracht door de Europese Planck-satelliet

 

Eerste publicatie: 24 december 2013
Laatste keer gewijzigd op: 24 september 2016