Door Geraint Lewis
We hebben lang aangenomen dat de Melkweg een typisch voorbeeld is van het soort sterrenstelsels waarmee de kosmos vol zit. Op basis van die aanname hebben sterrenkundigen ons stelsel intensief bestudeerd. Zij hoopten op die manier een beter beeld te krijgen van het universum als geheel.
Maar wat als onze kosmische achtertuin helemaal niet zo normaal is? Dat zou nogal een big deal zijn voor kosmologen en astronomen. Want als ons kosmisch thuis niet representatief is voor de rest van het heelal, dan moeten we mogelijk een fiks deel van onze astronomische vooronderstellingen herzien. En juist dat noodscenario lijkt nu aan de orde. Steeds meer astronomische waarnemingen suggereren namelijk dat ons sterrenstelsel op een aantal belangrijke manieren een buitenbeentje is.
Categorieën en subcategorieën
Het probleem begint bij de neiging van astronomen om alles keurig onder te verdelen in categorieën. Zij delen voorwerpen die je door telescopen kunt zien graag in groepen in – groepen zoals ‘planeten’, ‘sterren’ en ‘sterrenstelsels’, bijvoorbeeld. Die groepen verdelen ze vervolgens weer onder in steeds nauwere subcategorieën.
Sterrenstelsels worden eerst ingedeeld op basis van grove eigenschappen, zoals de vraag of ze spiraalvormig zijn, elliptisch of juist onregelmatig. Vervolgens worden ze specifieker ingedeeld op basis van veel kleinere onderlinge verschillen, zoals hoe elliptisch ze precies zijn, of hoe dicht hun spiraalarmen om het centrum van het stelsel gewikkeld liggen.
Schoolvoorbeeld
Dergelijke indelingen zijn overigens ontzettend handig. Ze onthullen bijvoorbeeld de onderliggende fysische processen die sterrenstelsels hun vorm geven; processen zoals het stromen van gassen en donkere materie gedurende de geschiedenis van het heelal. Bovendien zorgt zo’n indeling ervoor dat we onze ideeën over de vorming en evolutie van sterrenstelsels gemakkelijker kunnen toetsen.
De Melkweg is tot nog toe een schoolvoorbeeld van een van zulke categorieën. Ons stelsel kennen astronomen immers in enorm veel detail. Zo weten we vrijwel alles over het gas in ons stelsel en over het stof dat draait om het superzware zwarte gat in het centrum. Die gegevens zijn van cruciaal belang voor onze ideeën over de evolutie van sterrenstelsels in het algemeen. Maar hoewel veel van de waargenomen grootheden overeenkomen met wat we verwachten, geldt dat niet voor alles. Een belangrijk voorbeeld daarvan is de populatie van dwergsterrenstelsels die om de Melkweg draaien.
Groeispurt
Hints dat de Melkweg vreemd is, zien we al tijden. Aan het eind van de jaren negentig van de vorige eeuw voorspelden theoretische modellen bijvoorbeeld dat ons sterrenstelsel duizenden dwergsterrenstelsels moest hebben, veel meer dan we konden vinden. En dat probleem ging samen met een tweede afwijking: het gebrek aan grote satellietstelsels die om de Melkweg draaien. Astronomen concludeerden vervolgens dat de complexe sterformatie in het vroege universum het vormingsproces van dit soort stelsels overhoop had gegooid, met de huidige situatie tot gevolg.
Meer recent ontdekten we bovendien dat die dwergsterrenstelsels samen in één vlak lagen, een vlak dat ook nog eens verband lijkt te houden met de positionering van ons satellietstelsel Andromeda. Dat kun je niet verklaren met de fysica van gas in het vroege universum. Volgens sommigen duidt het er daarom op dat onze ideeën over de manier waarop sterrenstelsels evolueren niet kloppen.
Kosmische bejaardenflat
Recent volgde een nieuwe tegenslag. De zogeheten Satellites Around Galactic Analogs (SAGA) Survey heeft de hele boel nog eens een flink stuk onduidelijker gemaakt. Uit dat onderzoek bleek dat dwergstelsels die om verder weg gelegen Melkweg-achtige stelsels draaien heel actief nieuwe sterren maken, terwijl onze eigen dwergen langzaam maar zeker oud worden zonder nieuwe sterren te fabriceren.
Betekent dat dat we wonen in een stille achterbuurt, in een soort kosmische bejaardenflat? Een plek waar nog maar weinig gebeurt, terwijl het elders barst van de activiteit? Is onze uithoek wel representatief voor het bredere heelal? En zeggen de waarnemingen van onze eigen achtertuin dan nog wel iets over de bulk van de kosmos?
Uitzonderingspositie
Het is nog te vroeg voor een definitieve conclusie, maar we staan wel steeds nadrukkelijker voor een dilemma. Onze telescopen onthullen steeds verder weg gelegen sterrenstelsels in steeds meer detail. En de kans is groot dat elk van die stelsels op z’n eigen manier ‘vreemd’ is. Willen onze ideeën over de evolutie van sterrenstelsels deze nieuwe waarnemingen overleven, dan moeten ze daarom een universum kunnen beschrijven waarin elk stelsel net zo uniek is als onze eigen Melkweg.
In plaats van treuren om onze kosmische uitzonderingspositie, moeten we die vieren als een spannende uitdaging in de huidige sterrenkunde en kosmologie.
Eigenlijk zou het universum er helemaal niet moeten zijn. Die conclusie zou je kunnen trekken als je in het Standaardmodel van de deeltjesfysica duikt. Dat model stelt namelijk dat de oerknal net zoveel materie als antimaterie voortbracht. En dat is een probleem. Want zodra materie en antimaterie elkaar ontmoeten, annihilleren ze elkaar. In andere woorden: er vindt een wederzijdse vernietiging plaats. Daarbij komt een aanzienlijke hoeveelheid energie vrij, maar gaan wel de bouwstenen die nodig waren om een universum te maken, verloren. Kortom: het Standaardmodel stelt eigenlijk dat het universum niet bestaat.
Discrepantie
Maar het is je wellicht al opgevallen: het universum is er wel. Hoe is dat mogelijk? Dat is een vraag waar veel onderzoekers zich het hoofd over breken. En op dit moment gaan ze ervan uit dat er sprake is van een nog onontdekte discrepantie tussen antimaterie en materie en dat die discrepantie kan verklaren waarom annihilatie uitbleef en het universum vandaag de dag vrijwel compleet uit materie bestaat. “Al onze observaties vinden een complete symmetrie tusen materie en antimaterie,” vat onderzoeker Christian Smorra samen. “En dat is waarom het universum eigenlijk niet zou moeten bestaan. Er moet ergens een asymmetrie zijn, maar we begrijpen simpelweg niet waar het verschil in zit.”
