De jacht op kosmische rimpelingen
George Beekman
Vorige week donderdag maakten enkele astronomen tijdens een bijeenkomst van de
American Physical Society in Washington bekend dat
de COBE-satelliet "rimpelingen' in de
kosmische achtergrondstraling had ontdekt. COBE (Cosmic Background Explorer) is
een NASA-satelliet die sinds november 1989 in een baan om de aarde draait.
Door deze ontdekking zou weer een stukje van de puzzel van het ontstaan van
sterrenstelsels op zijn plaats zijn gevallen. Maar de metingen liggen wel aan de
grens van wat meetbaar is.
Aan het einde van de jaren veertig verscheen de theorie van de Big Bang of
Oerknal op het astronomische toneel: het ontstaan van het heelal uit een
toestand van extreem hoge temperatuur en dichtheid. Er werd toen voorspeld dat
de straling uit die oertijd nu nog zou bestaan.
Uit alle richtingen van het heelal zou
een "koele' achtergrondstraling komen, met een temperatuur van enkele graden
boven het absolute nulpunt (min 273 8C).
Deze "reststraling' werd in 1964 bij toeval ontdekt door Arno Penzias en Robert
Wilson, twee ingenieurs van de Bell Telephone Laboratories in de VS. De
temperatuur van de straling bleek 3 Kelvin te zijn. Dat toeval was overigens
niet zo vreemd: de theorie van de Oerknal was toen nog niet zo populair als nu
en tussen theoretici en waarnemers gaapte nog een flinke kloof.
Gevoeliger apparatuur
Het bestaan van de kosmische achtergrondstraling was het meest overtuigende
bewijs voor de juistheid van de theorie van de Oerknal.
Verontrustend was echter dat die
straling overal aan de hemel, dus in elke richting in het heelal, precies
dezelfde temperatuur had. Nergens was ook maar de geringste afwijking. Hoe viel
dat te rijmen met de enorme "verdichtingen' die men nu in het heelal
ziet, de clusters en superclusters van sterrenstelsels? Hoe konden zulke
massaconcentraties uit zo'n uniforme "oertoestand' zijn ontstaan?
In de jaren tachtig ging men met steeds gevoeliger apparatuur naar mogelijke
minieme variaties in de achtergrondstraling zoeken. Maar zulke metingen zijn
geen sinecure. Het gaat om zeer "koele' straling, die gemakkelijk verdrinkt in
warmere bronnen in de omgeving, zoals de aardbodem, de atmosfeer en de ontvanger
zelf. Daarom ging men ook meten vanuit vliegtuigen, ballonnen, raketten en
kunstmanen, trok men naar het zuidpoolgebied en dat alles met sterk gekoelde
meetapparatuur.
Toen eind 1989 de Amerikaanse
COBE-satelliet werd gelanceerd, maakten verschillende groepen onderzoekers jacht
op mogelijke temperatuurvariaties: desperately seeking ripples. De
bovengrens van mogelijke fluctuaties werd hierdoor steeds verder omlaag gedrukt,
maar nog net niet zo ver dat de theoretici er niet meer uit kwamen. De
Amerikaanse astronoom Craig J. Hogan merkte in maart 1990 op dat "de verfijning
van hun statistische wapens aantoont dat deze teams hun prooi op de hielen
zitten'.
En nu werd vorige week dus bekendgemaakt dat COBE die prooi zou hebben gevangen.
Een van de instrumenten aan boord van
deze satelliet zou variaties van dertig en ook zes miljoenste graad hebben
gemeten. Deze zouden er op wijzen dat er kort na het ontstaan van het
heelal al verschillen in materiedichtheid waren en die zouden het ontstaan van
grote structuren beter te begrijpen maken. Ook de theorie dat er in het heelal
nog veel koude, donkere materie zit wordt er door ondersteund.
Rond de ontdekking heerst nu groot enthousiasme, maar ook onduidelijkheid. De
onderzoekers hielden de ontdekking drie maanden geheim en kwamen er pas mee op
een grote bijeenkomst van astronomen. Blijkbaar wilde men zo veel mogelijk
publiciteit. Maar astronomen in Nederland vernamen via hun electronic mail
weinig méér dan het feit van de ontdekking en hoorden ook niets over een
publikatie. Dit is volgens de Utrechtse astronoom Jan Kuypers "wetenschappelijk
een beetje zwak'.
De nu gemeten temperatuurvariaties in de
kosmische achtergrondstraling zijn ongeveer gelijk aan de verwachte
meetnauwkeurigheid van de COBE-satelliet: één op ongeveer honderdduizend. Zouden
de variaties niet betrekking kunnen hebben op willekeurige pieken in de
"achtergrondruis', die men wat voorbarig als reële feiten beschouwt? Zou
men eventuele andere onderzoekers vóór willen zijn?
De Groningse astronoom Edwin Valentijn ziet geen aanwijzingen dat men de zaak
heeft opgeklopt. "De onderzoekers lijken eindeloos hun best te hebben gedaan om
de metingen te verifiëren. Er zitten namelijk ontzettend veel addertjes onder
het gras. Je moet allerlei effecten uit de metingen filteren, zoals de straling
van de zon en van het stof in het zonnestelsel en het melkwegstelsel'. En ook de
meetapparatuur zelf kan voor verrassingen zorgen.
Zorgvuldigheid
Die zorgvuldigheid wordt ook benadrukt door de Amsterdamse astronoom Jan van
Paradijs, die de bewuste bijeenkomst in Washington zelf heeft bijgewoond. Het
COBE-team heeft de metingen in drie verschillende, onafhankelijke
frequentiebanden met elkaar vergeleken, aldus Van Paradijs en die gaven overal
aan de hemel dezelfde signalen te zien. De temperatuurrimpelingen aan de hemel
wijzen op structuren met een lengte van ruwweg 208.
Volgens Van Paradijs deed men tijdens de bekendmaking niet geheimzinnig en gaf
men veel informatie, evenals twee preprints van artikelen die werden aangeboden
aan de Astrophysical Journal. Pas als deze worden bestudeerd zal men een en
ander beter kunnen beoordelen.
Als verder onderzoek aantoont dat de rimpelingen in de kosmische
achtergrondstraling inderdaad bestaan, zal men in de kosmologie belangrijke
vooruitgang hebben geboekt. Maar een Nobelprijs, zoals Penzias en Wilson die in
1978 voor hun ontdekking kregen, zit er niet in, ook al suggereren de berichten
uit de Verenigde Staten anders.
Foto: Hemelkaart van de kosmische achtergrondstraling, samengesteld uit de
eerste waarnemingen van de COBE-satelliet. De metingen werden gedaan op een
golflengte van 5,7 mm. Het intensiteitsverschil tussen het deel rechtsboven en
linksonder is een gevolg van de beweging van de aarde (met zon en
melkwegstelsel) door de achtergrondstraling. Die beweging veroorzaakt een
temperatuur van enkel milli-Kelvin. Op deze eerste hemelkaart is nog niets te
bespeuren van temperatuurverschillen die zouden kunnen samenhangen met het
onstaan van sterrenstelsels in het prille heelal. (foto NASA)
Datum:
30-04-1992
Sectie:
Wetenschap en Onderwijs
Pagina:
4
Trefwoord:
Astronomie en ruimtevaart; Wetenschap en Techniek; Exacte Wetenschappen
Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de
oorspronkelijke auteur.