Alessandra Silvestri wint Vidi om het heelal te begrijpen
Alessandra Silvestri, een kosmoloog bij het Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde (LION), krijgt een NWO Vidi-beurs voor onderzoek naar het uitdijen van het heelal. Een groeiend aantal theorieën verklaart waarom het uitdijen van het heelal versnelt, en tegelijkertijd komen er ook steeds meer relevante meetgegevens van ruimtetelescopen of bijvoorbeeld detecties van zwaartekrachtsgolven. Silvestri: ‘Tussen alle theorieën en alle waarnemingen wil ik een pad openhakken, zodat we de data ook kunnen interpreteren’.
Sneller en sneller
‘Er zijn veel dingen die we niet goed begrijpen. Eén daarvan is dat we ontdekt hebben dat het heelal niet alleen uitdijt, maar dat ook steeds sneller doet’, zegt Silvestri, die net te horen heeft gekregen dat ze haar eigen onderzoekslijn kan gaan opzetten met de Vidi-beurs van 800.000 euro.
Eén optie is om Einsteins Algemene Relativiteitstheorie te volgen, die zwaartekracht verklaart als een vervorming van de ruimte en de tijd. ‘Die theorie is goed getest in het zonnestelsel, maar niet op de schaal van het complete heelal.’
Geheimzinnige donkere energie
Einsteins beroemde formule biedt wel ruimte om de versnelde uitdijing te verklaren, in de vorm van de lambda-parameter. ‘Maar de lambda-waarde die we nodig hebben is 120 orden van grootte kleiner dan de waarde die we verwachten van deeltjesfysica. Dat is problematisch.’ Maar het alternatief is ook vreemd. Dat zou namelijk betekenen dat het heelal vol zit met een mysterieuze donkere energie die het heelal oprekt, maar zelf nooit verdunt.
De ontdekkingen leidden tot een uitbundige bloei van verschillende heelalmodellen die Einsteins theorie uitbreiden of aanpassen. ‘Veel onderzoekers hebben een favoriete theorie, en proberen daaruit voorspellingen af te leiden die getest kunnen worden met waarnemingen', zegt Silvestri.
Stortvloed aan data
Je zou kunnen zeggen: ze hebben geluk. In de laatste jaren is er een stortvloed van kosmologisch relevante data op gang gekomen van telescopen in de ruimte en op aarde.
Zo heeft de Planck-satelliet van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA de kosmische achtergrondstraling – het nagloeien van de oerknal – met grote precisie gemeten. De ruimtelijke verdeling van sterrenstelsels is bekend in steeds groter detail, en sinds 2016 heeft de detectie van zwaartekrachtsgolven met de detectoren LIGO en VIRGO nieuwe grenzen gesteld aan kosmologische modellen. En Silvestri verwacht ook veel van ESA’s Euclid, een ruimtetelescoop voor infrarood licht die in 2022 gelanceerd wordt om de versnelde uitdijing nóg preciezer te meten.
Een beetje een puinhoop
Maar het verband tussen de vele theorieën en de oceanen van nieuwe meetgegevens is niet altijd gemakkelijk te leggen. ‘Het is nu een beetje een puinhoop. Het risico is dat je je favoriete theorie net zolang aanpast tot hij precies fit met de data’, zegt Silvestri, die een systematischere aanpak voor ogen heeft. ‘Wij willen een soort raamwerk bouwen voor verschillende modellen, waarmee je de consequenties van nieuwe gegevens kunt beoordelen. Dan kun je objectiever stellen: deze theorie is waarschijnlijker geworden, deze minder waarschijnlijk, en deze is nu definitief uitgesloten.’
Maak je eigen universum
Een cruciaal stuk gereesdschap is de EFTCAMB-software die haar onderzoeksgroep opgezet heeft. Dat is een open computercode waar kosmologen hun favoriete theorie in kunnen stoppen, bijvoorbeeld Einsteins Algemene Relativiteit plus nog een aantal toevoegingen. Met een druk op de knop berekent EFTCAMB vervolgens hoe het bijbehorende universum in de tijd evolueert, zodat je observaties – bijvoorbeeld van de verdeling van sterrenstelsels – kunt vergelijkingen met voorspellingen van de theorie.
Silvestri: ‘Door de Vidi-subsidie krijg ik nu hulp van een promovendus en twee postdocs om dit verder uit te bouwen. Het helpt om een pad vrij te maken tussen theorieën en waarnemingen.’
