Na de Oerknal was het heelal vijf keer langzamer dan nu

Een fundamenteel gevolg van het relativistische beeld van de uitdijende ruimte is kosmologische tijddilatatie, waarbij gebeurtenissen in het verre heelal langzamer lijken te verlopen in vergelijking met die in het lokale heelal. Hoewel deze tijddilatatie ondubbelzinnig is gedetecteerd in extreem verre supernova’s, is de verschijning van tijddilatatie in andere verre bronnen minder overtuigend. In nieuw onderzoek identificeerde een duo van astrofysici van de universiteit van Sydney en de universiteit van Auckland de kosmische tijddilatatie in een steekproef van 190 quasars in het vroege heelal.

De algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein zegt dat we het vroege heelal veel langzamer zouden moeten waarnemen dan het huidige. Zo ver in de tijd terugkijken is echter ongrijpbaar gebleken. Astrofysici hebben dat mysterie nu gekraakt door quasars als “klokken” te gebruiken.

Terugkijkend naar een tijd waarin het heelal iets meer dan een miljard jaar oud was, zien ze dat de tijd er vijf keer langzamer lijkt te gaan. Als je daar was, in dit jonge heelal, zou een seconde een seconde lijken – maar vanuit onze positie, meer dan 12 miljard jaar in de toekomst, lijkt die vroege tijd te slepen.

Om deze tijddilatatie ye analyseren gebruikten de onderzoekers gegevens van een steekproef van 190 quasars die gedurende twee decennia werden waargenomen.

Door de waarnemingen bij verschillende kleuren (of golflengtes) te combineren, konden ze het “tikken” van elke quasar standaardiseren.

Door Bayesiaanse analyse toe te passen ontdekten ze dat de uitdijing van het heelal op de tikken van elke quasar was gedrukt.

Dankzij Einstein weten we dat tijd en ruimte met elkaar verweven zijn en sinds het begin der tijden in de singulariteit van de Oerknal is het heelal aan het uitdijen. Deze uitdijing van de ruimte betekent dat onze waarnemingen van het vroege heelal veel langzamer lijken te zijn dan de huidige tijd.

In hun artikel hebben de onderzoekers dat vastgesteld tot ongeveer een miljard jaar na de Oerknal.

Eerder hebben astrofysici bevestigd dat dit slow-motion heelal teruggaat tot ongeveer de helft van de leeftijd van het heelal. Ze deden dat met behulp van supernova’s als “standaardklokken”.

Maar hoewel supernova’s buitengewoon helder zijn, zijn ze moeilijk waar te nemen op de immense afstanden die nodig zijn om in het vroege heelal te kunnen kijken.

Door quasars te observeren is deze tijdshorizon teruggebracht tot slechts een tiende van de leeftijd van het heelal, wat bevestigt dat het heelal lijkt te versnellen naarmate het ouder wordt.

Waar supernova’s zich gedragen als een enkele lichtflits, waardoor ze gemakkelijker te bestuderen zijn, zijn quasars complexer zoals een doorlopen vuurwerk.

De onderzoekers hebben dit vuurwerk ontrafelt en daaruit blijkt dat ook quasars kunnen worden gebruikt als standaardmarkeringen van tijd voor het vroege heelal.

De resultaten bevestigen verder Einsteins beeld van een uitdijend heelal, maar ze contrasteren met eerdere studies die de tijddilatatie van verre quasars niet hadden kunnen identificeren.

Deze eerdere studies brachten mensen ertoe zich af te vragen of quasars echt kosmologische objecten zijn, of zelfs of het idee van het uitdijen van de ruimte correct is, aldus de onderzoekers.

Met deze nieuwe gegevens en analyses hebben we echter het ongrijpbare vonkje van de quasars kunnen vinden en ze gedragen zich precies zoals de relativiteitstheorie van Einstein voorspelt.

De bevindingen zijn in het tijdschrift Nature Astronomy gepubliceerd.

Artikel: Geraint F. Lewis & Brendon J. Brewer. 2023. Detection of the cosmological time dilation of high-redshift quasars. Nature Astronomy, in press; doi: 10.1038/s41550-023-02029-2

Bayesiaanse analyse:
Bij een gangbare statistische analyse van onderzoeksresultaten worden alleen de data geanalyseerd die in dat onderzoek zijn verzameld. Bij een Bayesiaanse analyse worden de onderzoeksresultaten (‘nieuwe kennis’) gecombineerd met eerder verzamelde gegevens om tot een uiteindelijke schatting te komen.
Deze vorm van statistiek is vernoemd naar Thomas Bayes (1702 – 1761) en uitgebreid beschreven door Pierre-Simon Laplace (1749 – 1827)

Eerste publicatie: 3 juli 2023
Bron: sci-news