Natuur- en sterrenkundigen bedenken de gekste dingen bij hun pogingen om de kosmos beter te begrijpen. In de Far Out-rubriek elke maand een mooi voorbeeld. Ditmaal: ontstond de ‘vroegste straling van het heelal’ misschien honderden miljoenen jaren later dan gedacht?

Hoe verder je het heelal in kijkt, des te dieper je terug in de tijd kijkt. We zien de zon niet zoals ie nu is, maar zoals ie acht minuten geleden was – omdat zonlicht er acht minuten over doet om de aarde te bereiken. Op dezelfde manier zien we sterren zoals ze jaren geleden waren en verre sterrenstelsels zoals ze miljarden jaren geleden waren.

Betekent dat dan ook dat, als we maar ver genoeg het heelal in kijken, we de gebeurtenis kunnen zien die het allerlangst geleden plaatsvond: de oerknal? Nee, in principe niet. In eerste instantie kon licht namelijk niet vrijuit bewegen door het heelal. Pas 380.000 jaar na de oerknal werd het ‘doorzichtig’. En dát licht, de zogenoemde kosmische achtergrondstraling, zien we nu nog steeds, als een koele gloed die ons vanuit alle richtingen bereikt.

Tenminste… Dat is het standaardverhaal. Volgens astrofysici Eda Gjergo van de Universiteit van Nanjing in China en Pavel Kroupa van de Universiteit van Bonn in Duitsland heeft op zijn minst een deel van die achtergrondstraling een heel andere verklaring. Sterker nog, het zou zelfs kunnen dat álle straling die we nu aanzien voor ‘het nagloeien van de oerknal’ pas veel later ontstond.

Meer van Far Out:

• Moeten we zoeken naar buitenaards leven rond deze dode sterren?
• Verspreidde de zwaartekracht zich in het vroege heelal ook al met de lichtsnelheid?

Geen labeltje

Gjergo en Kroupa richten hun vizier op zware sterrenstelsels die er, zo weten we mede dankzij de James Webb-ruimtetelescoop, al relatief kort na de oerknal waren. Als in: enkele honderden miljoenen jaren nadat het heelal ontstond. In zulke stelsels vormden destijds in korte tijd grote hoeveelheden zware sterren, legt Gjergo uit, waardoor ze tot wel tienduizend keer helderder waren dan ze nu zijn.

Deze jonge, zware sterren zonden vooral zichtbaar en ultraviolet licht uit – oftewel: het licht dat wij met onze ogen kunnen zien en het ‘onzichtbare’ licht waar we bruin van worden (en huidkanker van krijgen). Maar dat licht werd vervolgens geabsorbeerd door de grote hoeveelheden stofdeeltjes die in diezelfde stelsels ronddwarrelden. En die stofdeeltjes zonden op hun beurt infrarood licht uit.

Nu zou je zeggen: er zit nogal een verschil tussen straling die 380.000 jaar na de oerknal ontstond en infrarood licht dat honderden miljoenen jaren later door stof werd afgegeven. Maar volgens Gjergo is het “op het moment niet mogelijk om de twee van elkaar te onderscheiden, al kan dat misschien wel in de toekomst”.

Sowieso hangt er geen labeltje ‘licht van net na de oerknal!’ aan de kosmische achtergrondstraling. Er bereikt ons vanuit alle kanten straling uit het heelal, en als we daar allerlei ‘storende’ bronnen van aftrekken, houden we straling over die we interpreteren als het licht dat 380.000 jaar na de geboorte van het heelal vrijkwam. Maar het kan best dat daar nog wat licht bij zit dat later ontstond.

Bovendien was de achtergrondstraling – die aanvankelijk duizenden graden heet was – tegen de tijd dat deze vroege, zware sterrenstelsels er waren, afgekoeld tot zo’n -220 graden Celsius. En volgens Gjergo heeft het licht dat wordt uitgezonden door stof in stelsels die een sterrengeboortegolf doormaken een vergelijkbare temperatuur.

Catastrofaal resultaat

In hun wetenschappelijk artikel melden Gjergo en Kroupa dat in hun meest voorzichtige schattingen 1,4 procent van de straling die we nu aanzien voor de kosmische achtergrondstraling stiekem afkomstig is van opgewarmd stof. Dat klinkt misschien als een kleine correctie, maar Gjergo noemt dit resultaat al “catastrofaal”. “Als dit klopt, zou dat de geschiedenis van hoe structuren in het heelal ontstonden – sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels – radicaal veranderen.”

En misschien is het nog wel veel erger. Het zou volgens Gjergo en Kroupa zelfs kunnen dat de héle kosmische achtergrondstraling in werkelijkheid is toe te schrijven aan sterrenstelselstof. “Dan zouden we ons hele beeld van het universum van de grond af opnieuw moeten opbouwen.”

Daan Meerburg, kosmoloog aan de Rijksuniversiteit Groningen, heeft nog zo zijn twijfels bij de resultaten van Gjergo en Kroupa. Om te beginnen: als je van de kosmische achtergrondstraling een grafiek maakt die laat zien hoeveel licht er per golflengte is, krijg je een bijna perfect gladde bobbel. Het licht van het opgewarmde stof zou óók zo’n bobbel vormen, maar volgens Meerburg zal dat alleen bij benadering zo zijn. “Je zou dan dus kleine afwijkingen verwachten in de achtergrondstraling – en laten we die nou net niet meten.”

Ook wijst Meerburg erop dat we van de kosmische achtergrondstraling meer weten dan alleen maar uit welke golflengtes hij bestaat. En het is volgens hem “hoogst onwaarschijnlijk” dat álle eigenschappen van de straling uitgezonden door stof in vroege, zware sterrenstelsels overeenkomen met die van de achtergrondstraling.

Concurrerend model

De diepere discussie die hierachter schuilgaat, is: in hoeverre klopt ons beeld van het vroege heelal? De kosmische achtergrondstraling vormt belangrijk bewijsmateriaal voor het zogenoemde lambda-CDM-model. Kort samengevat gaat dat ervan uit er naast gewone materie ook donkere materie is en dat de lege ruimte een eigenschap heeft die het heelal uit elkaar drijft. Volgens Gjergo is dit model “in strijd met de waarnemingen op te veel fronten” en is het daarom tijd om terug te gaan naar de tekentafel. Waar, in het geval van haar en Kroupa, een concurrerend model op ligt te wachten.

Meerburg zegt dat “de meeste kosmologen het er wel over eens zijn dat de kans groot is dat het lambda-CDM-model moet worden aangepast”. “Maar zo’n aanpassing heb je bijvoorbeeld ook al als we zwaartekrachtgolven uit het vroege heelal ontdekken”, vervolgt hij. “Het volledig verwerpen van lambda-CDM is een stuk lastiger. Dat zie ik niet zo snel gebeuren.”

Deze Far Out staat ook in KIJK 9-2025.