Oeroude magnetische velden: wat vertellen ze ons over de beginjaren van het universum
NWO-subsidie beeld: Maarten Elion
Zijn magnetische velden ouder dan het eerste licht? En hoe hebben ze de ontwikkeling van ons universum direct na de oerknal beïnvloed? Kosmologen uit Leiden, Groningen en Utrecht werken vanaf nu samen om dit te onderzoeken.
‘We weten nog niet veel over grootschalige magnetische velden, alleen dat ze bestaan. Het bijzondere is dat ze zelfs aanwezig zijn rondom zwarte gaten en in leegtes – de uitgestrekte lege ruimten die bijna geen sterrenstelsels bevatten.’ Kosmoloog Matthieu Schaller vertelt enthousiast verder: ‘Juist doordat ze ook op deze plekken bestaan, vermoeden we dat magnetische velden ook al bestonden in de periode direct na de oerknal, 13,8 miljard jaar geleden.’
De grote vraag is: zijn deze magnetische velden ouder dan het allereerste licht? In deze periode – het vroege universum – was het extreem heet en vonden alle processen dicht op elkaar plaats. ‘Het overgrote deel van onze kennis over het ontstaan van ons universum start bij het moment dat het eerste licht ontstond, ongeveer 380.000 jaar ná de oerknal,’ vertelt Schaller.
‘Mogelijk bevatten magnetische velden een schat aan informatie over die eerste 380.000 jaar. Deze nieuwe kennis heeft mogelijk diepgaande gevolgen voor zowel de deeltjesfysica als de kosmologie.’
Dutch Magnetic Universe Consortium
‘Het is ons gelukt om alle expertise te verzamelen die essentieel is om dit vernieuwende onderzoek te doen, vertelt Schaller. Het project is mogelijk gemaakt door een beurs van NWO Open Competition XL (2023-2024) en in totaal werken er straks 19 onderzoekers aan mee, waaronder tien PdD-studenten en postdocs, verdeeld over drie universiteiten en instituut Nikhef. Schaller: ‘Fantastisch om hier onderdeel van uit te maken.’
De Leidse hoogleraar Ana Achúcarro brengt heel veel kennis mee over het vroege universum. ‘Het is mijn specialiteit om computermodellen te maken die de evolutie van het universum beschrijven’, aldus Schaller. Dankzij projectleider en hoogleraar Alexey Boyarsky heeft de groep een goede connectie met de Cherenkov Telescope Array. Deze telescopen zijn in aanbouw in Chili en La Palma en meten over een aantal jaren gammastraling die afkomstig is van kosmische bronnen zoals zwarte gaten, neutronensterren, of supernova-explosies. Indirect komen uit deze bron ook nieuwe aanwijzingen over de aanwezigheid, vorm en kracht van magnetische velden in het universum.
Van de oerknal naar nu
De komende jaren ontwerpt deze groep wetenschappers een serie nieuwe theoretische modellen die de generatie en evolutie van de allereerste magnetische velden beschrijven. Schaller vertelt enthousiast: ‘Tussen deze modellen kán die ene zitten die de juiste berekeningen doet, maar hoe ontdek je welk model dit is?’
Een krachtige computer rekent alle modellen door: vanaf de oerknal naar de huidige tijd. Geeft één van de modellen een goede voorspelling van de Cherenkov telescope data en de huidige vorm en verdeling van sterrenstelsels anno 2025 – zoals gemeten met ruimtetelescoop Euclid – dan zitten ze op het juiste spoor. ‘Andersom, in veel gevallen zullen de modellen waarschijnlijk een totaal andere uitkomst geven dan onze werkelijkheid. Dan weet je dus dat je je model nog moet verbeteren’, vertelt Schaller.
Kosmoloog Subodh Patil, ook betrokken in dit project, controleert tenslotte of de modellen en nieuwe theorieën nog genoeg stroken met huidige theorieën van het vroege universum vanuit zwaartekracht en licht. ‘Hij zorgt ervoor dat we met onze fantasie niet te veel op hol slaan’, vat Schaller samen.
Nieuwe natuurkundige wetten en toepassingen komen eraan
Schaller voorspelt: ‘Dit kern van dit project is dat we meer te weten komen over het onstaan van onze wereld, ons universum. Maar we denken ook dat dit onderzoek zal leiden tot nieuwe natuurkundige wetten. Op een vergelijkbaar manier leidden nieuwe inzichten in de deeltjesfysica ooit tot de ontdekking van MRI-scanners. Daar hebben veel mensen wereldwijd nu profijt van. Precies zo zal het ook gaan met het onderzoek naar grote magnetische velden. We komen op nieuwe toepassingen uit, alleen weten we nu nog niet welke.’