Donkere energie is de kracht die wellicht verantwoordelijk is voor het uitdijen van het universum. Maar tot nu toe weten we er nog bijna niets over.

De essentie: Alle zaken die we kunnen zien in het universum, zoals planeten, sterren en kometen, bestaan uit zogenaamde baryonen, subatomaire deeltjes zoals protonen en neutronen. Maar dat is slechts 5 procent van het massa- en energiebudget van het heelal.

• Twee zaken waar we tot nu toe nog altijd bijzonder weinig over weten, donkere materie en donkere energie, omvatten de resterende 95 procent.
• Zo’n 27 procent van het universum bestaat uit donkere materie. Dat is een vorm van materie die niet interageert met baryonische materie. Het bestaan ervan kan enkel indirect worden afgeleid. Zo oefent donkere materie bijvoorbeeld wel zwaartekracht uit.
• De rest van het universum, 68 procent, bestaat uit donkere energie. Dat is dus de dominante vorm van energie in de kosmos. Donkere energie is verantwoordelijk voor de versnellende uitdijing van het universum. Toch is er niet veel over bekend.

Uitgerokken ruimtetijd

Wat we weten: Donkere energie lijkt op de omgekeerde manier te werken als de zwaartekracht.

• Het lijkt erop dat het een soort negatieve druk doet ontstaan, waardoor het weefsel van de ruimtetijd wordt uitgerokken. Dat gebeurt aan een steeds sneller tempo.
• Op welke manier dat gebeurt, is niet duidelijk. Donkere energie interageert niet met licht of baryonische materie. Daardoor is het voor mensen ondetecteerbaar.
• Toch zijn er een aantal hypotheses over de aard ervan. Donkere materie zou mogelijk een soort onbekend deeltje kunnen zijn. Een andere hypothese is dat het om de vijfde kracht van het universum gaat. Momenteel zijn er vier fundamentele natuurkrachten bekend: de zwaartekracht, elektromagnetisme en de zwakke en sterke kernkrachten.
• Ook exotischere ideeën doen de ronde. Zo zou donkere materie volgens sommige fysici kunnen bestaan uit tachyonen, hypothetische deeltjes die sneller dan het licht reizen en dus terug in de tijd kunnen gaan.
• Er is echter nog geen hard bewijs gevonden voor de aard van donkere materie. Enkel de effecten ervan zijn zichtbaar in het universum.

Steeds verder weg

De effecten: Hoewel donkere materie voor een steeds snellere uitdijing van het universum zorgt, zijn de effecten op kleine schaal verwaarloosbaar.

• De zwaartekracht lijkt op ‘kleinere’ afstanden nog altijd veel krachtiger te zijn dan donkere materie. De effecten van dat laatste zijn zelfs enkel merkbaar als je kijkt naar objecten die miljoenen of zelfs miljarden lichtjaren uit elkaar staan.
• Momenteel geloven wetenschappers dat galaxieën om de miljoen jaar zo’n 0,007 procent uit elkaar bewegen door de effecten van donkere materie. Dat legt de Amerikaanse fysicus Ethan Siegel uit in Big Think.
• Vertaald naar snelheden die intuïtief kunnen worden begrepen, betekent dit dat een galaxie die zich op een afstand van 100 miljoen lichtjaar bevindt, aan zo’n 2.150 kilometer per seconde van ons weg beweegt.
• De snelheid groeit lineair met de afstand. Dat wil zeggen dat een sterrenstelsel dat zich tien keer verder bevindt, tien keer sneller beweegt (ten opzichte van ons).

Een eiland in de leegte

De implicatie: Door de effecten van donkere materie zal het voor onze verre nakomelingen onmogelijk worden om het merendeel van het universum te observeren.

• Lichtgolven van galaxieën die zich verder weg bevinden, worden uitgerekt hoe langer ze onderweg zijn. Als ze van ver genoeg komen, belanden ze zelfs niet meer in het zichtbare spectrum, maar in het infrarode. Om die reden zijn infraroodtelescopen, zoals de James Webb, nodig om ze te observeren.
• Naarmate het universum verder uitdijt, zullen sterrenstelsels uiteindelijk onzichtbaar worden. Dat komt omdat hun licht een steeds grotere afstand moet afleggen. Uiteindelijk zal de afstand zo groot zijn, en zal die zo snel toenemen, dat lichtgolven voor eeuwig onderweg zullen zijn voordat ze bij onze Melkweg aankomen.
• Door de uitbreiding van het universum, zullen verre galaxieën ook zo goed als geen zwaartekracht meer uitoefenen op de onze. Enkel die binnen de zogenaamde Lokale Groep, die bestaat uit onze Melkweg, buurgalaxie Andromeda en een aantal anderen, zullen dat nog doen. Uiteindelijk zullen zij samensmelten tot één supergalaxie. Al de rest zal traag maar zeker onzichtbaar worden.
• Intelligente levensvormen in die verre toekomst zullen denken dat er buiten hun eigen sterrenstelsel niets is. Hun eigen galaxie zal op een soort eiland lijken, midden in een grote leegte. Dat is ironisch, want dat is exact wat wetenschappers op aarde dachten tot begin vorige eeuw, toen werd ontdekt dat andere sterrenstelsels dan de Melkweg bestaan.
• Dergelijk scenario is echter allesbehalve zeker. Het is niet bekend of donkere materie het universum voor altijd zal blijven uitrekken.

(kg)