Nieuw licht op schaduwwerking

by Nathan van Ree | nov 15, 2018 | Astronomie & Kosmologie, Natuurkunde, Neurowetenschappen, Onderwijs

Ongeveer een jaar geleden schreef ik een artikel, met de titel Kosmische achtergondstraling op de voorgrond¹, over de kosmische achtergrondstraling (Cosmic Microwave Background, afgekort CMB), die wel de ‘echo van de oerknal’² wordt genoemd. De aanleiding daarvoor was de reactie van een opmerkzame lezer op een kort daarvoor op de Facebookpagina van Logos Instituut verschenen artikel over de CMB, met de titel Microgolven-achtergrondstraling.³ In dat artikel stond namelijk een fout. Mijn artikel heeft die fout willen onderkennen en rechtzetten. Nu wil ik met het artikel dat u nu leest terugkomen op een uitspraak die ik deed in mijn artikel van vorig jaar.

De oorspronkelijke fout die ik rechtzette, was dat het artikel Microgolven-achtergrondstraling leek te beweren dat er tijdens een korte periode van buitengewoon snelle opzwelling van het heelal, direct na de initiatie van de oerknal, temperatuuruitwisseling heeft plaatsgevonden. Deze snelle opzwelling wordt de inflatiehypothese of inflatietheorie genoemd.⁴ Volgens de inflatiehypothese heeft deze temperatuuruitwisseling echter niet tijdens, maar al vóór de versnelde uitdijing plaatsgevonden. Dit zou verklaren waarom de CMB een zeer gelijkmatige temperatuur heeft. De afstanden om tot de waargenomen temperatuurgelijkheid te komen, waren – volgens de theorie – vóór de kortstondige periode van inflatie nog klein genoeg hiervoor.

In mijn artikel Kosmische achtergondstraling op de voorgrond schreef ik ook het volgende:

“Los hiervan zijn er ook uit seculiere hoek twijfels geuit aan de interpretatie van de CMB zelf. Zoals zonneschijn schaduw van bewolking genereert op aarde, zou volgens onderzoekers de CMB schaduwen van ‘nabije’ clusters van sterrenstelsels moeten tonen. Bij nauwgezet onderzoek hiernaar bleken die echter te ontbreken.”

Deze uitspraak is gebaseerd op een onderzoek uit 2006 van R. Lieu, J.P.D. Mittaz en S.N. Zhang.⁵ Via een artikel op de website van de creationistische fysicus John G. Hartnett, biblescienceforum.com⁶, kwam ik er dit jaar achter dat nieuw onderzoek dat van Lieu et al. in twijfel trekt.⁷

Volgens het recentere onderzoek van W. Xiao, C. Chen, B. Zhang, Y. Wu en M. Dai is het ‘ontbreken’ van schaduwwerking van clusters van sterrenstelsels binnen de CMB wellicht te verklaren binnen het oerknalscenario. Men ging er eerder van uit, dat door optreden van het zogenoemde Sunyaev-Zel’dovich-effect (SZ)⁸ ‘schaduwen’ van sterrenstelselclusters waarneembaar zouden moeten zijn in de CMB die op ons afkomt. Wanneer de microgolffotonen van de CMB sterrenstelselclusters passeren, zorgt een invers Compton-effect⁹ ervoor dat er een verstoring van het spectrum van de CMB optreedt: in de lage frequenties is er dan sprake van verminderde intensiteit en in de hoge frequenties van toegenomen intensiteit. De ‘schaduwen’ van sterrenstelselclusters zouden vanwege het SZ een afkoeling moeten vertonen. Uitgaande van het oerknalscenario, valt te verwachten dat dit effect bij alle sterrenstelselclusters optreedt, aangezien de microgolffotonen volgens de theorie alle sterrenstelselclusters gepasseerd moeten zijn. Volgens het onderzoek van Lieu et al. treedt dit effect echter slechts bij zo’n 25 procent van de sterrenstelselclusters op.

Het onderzoek van Xiao et al. heeft, in tegenstelling tot eerdere onderzoeken als dat van Lieu et al., modelonafhankelijk naar de data gekeken, via statistische methodes. Dit onderzoek heeft opgeleverd dat voor 99 procent van de clusters, de daarvan uitgaande radiostraling als verklaring kan worden aangedragen voor de afwijkingen ten opzichte van het SZ. Dit houdt in dat de verwachte afkoeling mogelijk niet zichtbaar is vanwege ‘vervuiling’ vanuit de clusters zelf; hun radiostraling zou voor een opwarming zorgen van de fotonen. Uiteraard is er hieromtrent geen absolute zekerheid, maar vooralsnog zijn er geen gegevens bekend die het onderzoek van Xiao et al. tegenspreken. Dit houdt in dat het onderzoek van Lieu et al. beter niet meer gebruikt kan worden als argument tegen de oerknal, omdat de onverwachte resultaten ervan nu mogelijk verklaard zijn binnen een oerknalscenario.