Scheppingsverhaal blijft heilig

24 december 1994
GOVERT SCHILING

Metingen van de Hubble Space Telescope wijzen uit dat het heelal jonger is dan de oudste sterren. Door deze discrepantie is de kosmologie in een crisis geraakt, maar er wordt slechts besmuikt op gereageerd. Voorlopig houden de oerknalprofeten vast aan hun oude geloof.

(foto)

De buitendelen van het sterrenstelsel M100, gefotografeerd door de Hubble Space Telescope. De inzetjes laten de helderheidsvariaties zien van een cephe´de, precies in het midden van de opnamen. FOTO WENDY FREEDMAN/NASA

'KOSMOLOGEN kunnen maar beter snel hun mond open doen over de recente metingen van de Hubbleconstante', kopte Nature een paar weken geleden in een redactioneel commentaar. Het Britse weekblad plaatste eind september een groot omslagartikel over de leeftijd van het heelal. Vier weken later volgde een tweede artikel, met dezelfde strekking: het heelal blijkt jonger te zijn dan de oudst bekende sterren. Veel jonger. En dat kan natuurlijk niet.

Is er iets mis met de oerknaltheorie? Tot nu toe doet iedereen er het zwijgen toe, en dat 'wekt de indruk dat de kosmologie van de laatste dertig jaar in ernstige moeilijkheden verkeert', aldus Nature. Misschien is dat ook wel zo. Een paar jaar geleden, nog vˇˇr de lancering van de Hubble Space Telescope, werd het probleem al onderkend.

Volgens sommige waarnemingen zou het heelal aan de jonge kant zijn. Te jong om sterren van zestien miljard jaar oud te herbergen. En zulke sterren zijn er. Maar niemand maakte zich al te veel zorgen. Het ging om indirecte waarnemingen met kolossale foutenmarges. Het probleem zou zich ongetwijfeld vanzelf oplossen, als er maar nauwkeuriger gemeten zou worden. Wacht maar tot de ruimtetelescoop aan het werk gaat, luidde het parool.

Maar nu de lang verwachte Hubble-waarnemingen eindelijk binnen zijn, lijkt iedereen ze te negeren. Of althans niet zonder meer te accepteren. 'Er mˇet een fout in die metingen zitten', zegt de Leidse astronoom Vincent Icke, als hoogleraar kosmologie verbonden aan de Universiteit van Amsterdam.

De leeftijdsbepalingen van sterren zijn volgens hem zo betrouwbaar dat dßßr niet aan getwijfeld hoeft te worden. En over alternatieven voor de oerknaltheorie wil hij het niet eens hebben. Wat zou er fout gegaan kunnen zijn met de Hubble-waarnemingen? Zo op het eerste gezicht niet veel.

Een team van veertien voornamelijk Amerikaanse astronomen, onder leiding van Wendy Freedman, maakte met de Hubble Space Telescope zeer gedetailleerde foto's van M100, een spiraalvormig sterrenstelsel in de Virgo-cluster. Op de foto's waren afzonderlijke sterren te zien, en sommige daarvan bleken zogeheten cephe´den te zijn.

Door die cephe´den waar te nemen, kon de afstand tot M100 worden bepaald. Die bleek 56 miljoen lichtjaar te bedragen. En daaruit volgde automatisch een waarde voor de leeftijd van het heelal (zie ook kader): hooguit twaalf miljard jaar, en misschien zelfs niet meer dan acht miljard jaar, afhankelijk van de totale hoeveelheid materie in het heelal. Het klinkt overtuigend, maar er zitten toch wel enkele addertjes onder het gras.

De grootste onzekerheid schuilt in de zogeheten eigenbeweging van M100. Als de afstand tot het sterrenstelsel bekend is, kan in principe de leeftijd van het heelal worden berekend, vooropgesteld dat ook de vluchtsnelheid bekend is - de snelheid waarmee het stelsel zich van de aarde verwijdert als gevolg van de uitdijing van het heelal.

Maar sterrenstelsels zijn geen roerloze twijgjes die meegevoerd worden op de stroom van het uitdijende heelal; ze bewegen ook onder invloed van de onderlinge zwaartekracht. Zo beschrijft M100 een baan rond het zwaartepunt van de Virgo-cluster, een uitgestrekte groep van vele duizenden sterrenstelsels.

De verwijderingssnelheid van M100 kan vrij nauwkeurig worden bepaald, (1400 kilometer per seconde), maar er is niet op voorhand bekend welk deel daarvan het gevolg is van de uitdijing van het heelal en welk deel wordt veroorzaakt door de eigenbeweging van het stelsel. En dat leidt tot onzekerheden in de leeftijdsbepaling van het heelal.

Die eigenbewegingen vormen overigens de belangrijkste reden waarom de metingen juist aan ver verwijderde sterrenstelsels uitgevoerd moeten worden. In het uitdijende heelal bewegen twee stelsels op een zeer grote onderlinge afstand veel sneller van elkaar af dan twee stelsels die dicht bij elkaar staan. Hoe groter de afstand, des te groter is de relatieve vluchtsnelheid. Maar de eigenbewegingen van sterrenstelsels bedragen nooit meer dan een paar honderd kilometer per seconde.

Voor sterrenstelsels op zeer grote afstanden vallen die eigenbewegingen dus volledig in het niet bij de vluchtsnelheid, en zijn de metingen betrouwbaarder. Een jaar of tien geleden was iedereen ervan overtuigd dat de Virgo-cluster ver genoeg weg zou staan om een betrouwbare waarde voor de leeftijd van het heelal te kunnen opleveren.

Het bepalen van de afstanden van sterrenstelsels in de Virgo-cluster werd dan ook gezien als een van de belangrijkste taken van de Hubble Space Telescope. Maar nu de metingen binnen zijn, en de resultaten niet in de kraam van de oerknaltheorie te pas komen, wordt er opeens getwijfeld. 'Virgo staat eigenlijk nog zo vreselijk dichtbij', zegt Icke.

Voor een betrouwbaar resultaat moeten er volgens hem metingen gedaan worden aan sterrenstelsels die minstens vijf of tien keer zo ver weg staan. 'En dat lukt nog niet met de huidige stand van de techniek', voegt hij er laconiek aan toe. Zesenvijftig miljoen lichtjaar is naar menselijke maatstaven een behoorlijke afstand (een lichtjaar is 9,6 biljoen kilometer), maar kosmisch gezien is de Virgo-cluster inderdaad een naaste buur.

De Lokale Groep, waartoe ons Melkwegstelsel behoort, bevindt zich in feite in een van de buitenwijken van de Virgo-cluster. De afgelopen tien jaar is steeds duidelijker geworden dat er op zo'n 'lokale' schaal enorme stromingspatronen voorkomen, waarbij complete groepen en clusters van sterrenstelsels als een groep lemmingen met hoge snelheid in ÚÚn richting bewegen, vermoedelijk onder invloed van een mysterieuze Grote Aantrekker - een supercluster die zo veel materie bevat dat hij zijn zwaartekrachtinvloed tot in de wijde omgeving doet gevoelen.

Dat betekent dat het heel moeilijk is om uit waarnemingen aan de Virgo-cluster een betrouwbare waarde af te leiden voor de uitdijingssnelheid en dus voor de leeftijd van het heelal. Freedman is de eerste die dit toegeeft. De klus is volgens haar ook nog lang niet geklaard.

Met de Hubble-telescoop zullen meer sterrenstelsels in de Virgo-cluster worden opgemeten, zodat de afstandsbepaling nauwkeuriger wordt. Daarna wordt er nog minstens twee of drie jaar gewerkt aan het ijken van andere afstandsindicatoren, waarmee ook verder weg gelegen sterrenstelsels binnen het bereik van de metingen komen. Pas dan zal duidelijk zijn of het heelal Ŕcht te jong is, en of de oerknaltheorie dus met een probleem zit.

Of toch niet? Het begint er inmiddels aardig op te lijken dat gewiekste theoretici aan elke provocerende waarneming wel een theoretische mouw weten te passen. Bij voorkeur een mouw die geen sporen nalaat, zodat het bestaan ervan ook niet gemakkelijk weerlegd kan worden.

Vijftien jaar geleden onderging de oerknaltheorie - onder druk van de waarnemingen - een vrij ingrijpende aanpassing, waarvoor geen enkele observationele ondersteuning bestaat. De aangepaste oerknaltheorie (de zogeheten inflatiehypothese) voorspelt het bestaan van enorme hoeveelheden donkere materie, waarvan de samenstelling afwijkt van elke materievorm die bekend is.

Die donkere materie is nog nooit gevonden, al wordt er al jarenlang naarstig naar gezocht. Maar ja, afwezigheid van bewijs is nog geen bewijs van afwezigheid, en de inflatiehypothese behoort tot de standaard intellectuele bagage van elke kosmoloog.

Als de resultaten van Freedman en haar collega's de komende jaren bevestigd worden door meer en betere waarnemingen, zal er iets soortgelijks gebeuren. Niemand zal de eerste steen naar de oerknaltheorie durven werpen; daar lijkt deze wetenschappelijke versie van het scheppingsverhaal te heilig voor.

In plaats daarvan zullen theoretici op de proppen komen met Einsteins fameuze kosmologische constante, een nieuw geheim wapen in de strijd tegen de feiten. De kosmologische constante be´nvloedt de uitdijing van het heelal, en er kan altijd een passende waarde voor worden gevonden waarmee de leeftijdsproblemen als sneeuw voor de zon verdwijnen.

Dat er geen onafhankelijke observationele ondersteuning bestaat voor het bestaan van deze constante lijkt niemand te deren. Wanneer een religieuze fundamentalist in een confronterend gesprek met een athe´st in het nauw wordt gedreven, kan hij zich bij gebrek aan antwoorden altijd beroepen op de eeuwige dooddoener: 'Gods wegen zijn ondoorgrondelijk'.

In de kosmologie gaat het langzamerhand dezelfde kant op. Hier is het echter de inventiviteit van de theoreticus die ondoorgrondelijk en onuitputtelijk is. Als het kat-en-muis-spel tussen theorie en waargenomen werkelijkheid zo gespeeld blijft worden, bestaat er geen mogelijkheid om het basisidee van de oerknaltheorie te weerleggen, en daarmee begint de grens tussen wetenschap en metafysica te vervagen.

Govert Schilling