Het kosmologische principe
Het kosmologische principe zegt dat het hele universum er naar alle kanten precies hetzelfde uitziet. Maar is dit wel zo?
door Gerben de Jong
De materie is netjes over het hele universum verspreid en de dichtheid van de materie is overal even groot. Dat geldt natuurlijk niet op kleine schaal. De dichtheid in de zon is enorm, maar tussen de zon en de planeten in is vrijwel geen materie. Dan zijn er weer planeten en manen met materie en stofwolken verspreid in ons zonnestelsel.
Zo zijn er in onze Melkweg honderden miljarden sterren met hun eigen planetaire stelsels. In het midden van het Melkwegstelsel is de dichtheid weer groter dan aan de buitenrand. Maar zo zijn er ook andere sterrenstelsels zoals de Andromeda nevel. Er zijn honderden miljarden sterrenstelsels in het waarneembare universum. Zijn die sterrenstelsels dan eerlijk verdeeld? Heeft elk stukje universum ongeveer evenveel sterrenstelsels? Het kosmologische principe stelt dat dit zo is: nergens in de ruimte is de verdeling van sterrenstelsels scheefgetrokken door sterrenstelsels die erg dicht op elkaar zitten en ergens anders grote lege plekken in het universum.
Dus op voldoende grote schaal is alle materie netjes verdeeld. Maar hoe groot is die voldoende grote schaal? Dat antwoord wordt gegeven door het Concordance model: ΛCDM. De Λ (Lambda) staat voor de kosmologische constante van Einstein. En CDM staat voor Cold Dark Matter (koude donkere materie). Uit dit model volgt dat in een ruimte met lengte, breedte en hoogte van 1 miljard lichtjaar de materie gelijk verdeeld is. De afstand van onze Melkweg naar de Andromedanevel is ongeveer 2,5 miljoen lichtjaar. Dat is dus 400 keer zo weinig. 1 miljard lichtjaar staat voor een enorme ruimte!
De aanname van het genoemde kosmologische principe berust vooral op het gegeven dat astronomen zich niet kunnen voorstellen hoe het anders zou kunnen zijn. Dan zou een deel van de ruimte bijzonder moeten zijn. Hoe zou je dat kunnen verklaren?
Maar…! Wanneer je de aanname van het kosmologische principe op beperkte afstand loslaat, dan verdwijnt de noodzaak van donkere energie. Dit is de energie die we niet kunnen waarnemen, maar waarmee het universum versneld uit elkaar wordt geduwd.
Er is nog een probleem. Er worden grotere klompen van sterrenstelsels gevonden dan 1 miljard lichtjaar. Al in de jaren ’90 de “Clowes Campusang Quasar Group”, een cluster van 34 sterrenstelsels op 9,5 miljard lichtjaar bij ons vandaan en met een diameter van meer dan 2 miljard lichtjaar. Dat is dus meer dan 1 miljard lichtjaar! En in 2003 is de “Corona Borealis Great Wall” ontdekt op een miljard lichtjaar bij ons vandaan en met een lengte van 1,5 miljard lichtjaar. Ook al groter dan 1 miljard lichtjaar! De “Huge Quasar Group” is wel 4 miljard lichtjaar groot. En de “Giant Arc” van 3,3 miljard lichtjaar op 9,2 miljard lichtjaar afstand. Deze grote structuren zouden theoretisch niet mogen bestaan. Misschien toevallig een enkel groot object, maar niet zoveel! Misschien moeten we het kosmologische principe wel loslaten en ziet het universum in verschillende richtingen er wel niet hetzelfde uit. Er zijn aanwijzingen dat wij net in een lokale leegte wonen. Een deel van de ruimte waarin materie minder dicht is dan elders. Dit wordt aangeduid met “the local hole” en heeft een diameter van zo’n 600 miljoen lichtjaar. Maar als wij in deze “local hole” leven, dan moet de Hubbleconstante ook naar beneden worden aangepast. Dit zou wel een groot probleem met de Hubbleconstante oplossen. Dus uitgaan van onze eigen situatie heeft het nadeel dat we niet in de gaten hebben dat het ergens verderop wel eens heel anders kan zijn. En dan blijf je rekenen aan modellen die van de verkeerde uitgangspositie uitgaan.
Meer lezen van Gerben de Jong.
- Zwarte gaten
- Lagrange punten
- Klimaat en broeikaseffecten
- Hanny’s Voorwerp
- Het Hertzsprung-Russell diagram.
- De Dichtheid van Sterren.
- De Telescoop.
- De wet van Titius en Bode.
- Gelukkig nieuwjaar!
Gerben de jong is voorzitter van Sterrenvereniging Astra Alteria en heeft als docent natuurkunde op het Marnix College te Ede gewerkt. Op het Marnix College en ook op de school waar hij voor het Marnix werkte heeft hij jaarlijks een clubje brugklasleerlingen begeleid die geïnteresseerd waren in sterrenkunde: de Milky Way Club. Gerben wil ons graag laten zien hoe mooi en vooral wijds de sterrenhemel is.