Een boog van sterrenstelsels van 3 miljard lichtjaar lang kan de kosmologie op de proef stellen

Een gigantische boog van sterrenstelsels lijkt zich uit te strekken over meer dan 3 miljard lichtjaar in het verre heelal. Als de boog echt blijkt te zijn, zou hij een fundamentele aanname van de kosmologie in twijfel trekken: dat op grote schaal materie in het universum gelijkmatig is verdeeld, waar je ook kijkt.

“Het zou de kosmologie zoals we die kennen omverwerpen”, zei kosmoloog Alexia Lopez op een persconferentie op 7 juni tijdens de virtuele bijeenkomst van de American Astronomical Society. “Ons standaardmodel valt, om het niet te zwaar te zeggen, een beetje door.”

Lopez, van de University of Central Lancashire in Preston, Engeland, en collega’s ontdekten de vermeende structuur, die ze simpelweg de gigantische boog, door het licht te bestuderen van ongeveer 40.000 quasars die zijn vastgelegd door de Sloan Digital Sky Survey. Quasars zijn de lichtgevende kernen van gigantische sterrenstelsels die zo ver weg zijn dat ze als lichtpuntjes verschijnen. Terwijl ze op weg zijn naar de aarde, wordt een deel van dat licht geabsorbeerd door atomen in en rond voorgrondstelsels, waardoor specifieke handtekeningen in het licht achterblijven dat uiteindelijk de telescopen van astronomen bereikt (SN: 7/12/18).

De handtekening van de Reuzenboog zit in magnesiumatomen die één elektron hebben verloren, in de halo’s van sterrenstelsels op ongeveer 9,2 miljard lichtjaar afstand. Het quasarlicht dat door die atomen wordt geabsorbeerd, schetst een bijna symmetrische curve van tientallen sterrenstelsels die ongeveer een vijftiende van de straal van het waarneembare heelal beslaan, meldde Lopez. De structuur zelf is aan de hemel onzichtbaar voor menselijke ogen, maar als je het zou kunnen zien, zou de boog ongeveer 20 keer de breedte van de volle maan overspannen.

“Dit is een zeer fundamentele test van de hypothese dat het universum op grote schaal homogeen is”, zegt astrofysicus Subir Sarkar van de Universiteit van Oxford, die grootschalige structuren in het universum bestudeert, maar niet betrokken was bij het nieuwe werk. Als de Giant Arc echt is, “is dit een heel groot probleem.”

Maar Sarkar is er nog niet van overtuigd dat het echt is. “Ons oog heeft de neiging om patronen op te pikken”, zegt Sarkar, en hij merkt op dat sommige mensen beweerden de initialen van kosmoloog Stephen Hawking te zien geschreven in fluctuaties in de kosmische microgolfachtergrond, het oudste licht in het universum.

Lopez voerde drie statistische tests uit om erachter te komen hoe groot de kans is dat sterrenstelsels bij toeval in een gigantische boog zouden staan. Alle drie suggereren dat de structuur echt is, met één test die de gouden standaard van natuurkundigen overtreft: de kans dat het een statistische toevalstreffer is, is minder dan 0,0003 procent.

Dat klinkt best goed, maar het is misschien niet genoeg, zegt Sarkar. “Op dit moment zou ik zeggen dat het bewijs verleidelijk is, maar nog niet overtuigend”, zegt hij. Meer waarnemingen, van de groep van Lopez en anderen, zouden de Giant Arc kunnen bevestigen of weerleggen.

Als het echt is, zou de Reuzenboog zich aansluiten bij een groeiende groep grootschalige structuren in het universum die samen het standaardmodel van de kosmologie zouden doorbreken. Dit model gaat ervan uit dat wanneer je kijkt naar voldoende grote volumes van de ruimte – boven ongeveer 1 miljard lichtjaar – de materie gelijkmatig is verdeeld. De Giant Arc verschijnt ongeveer drie keer zo lang als die theoretische drempel. Het voegt zich bij andere structuren met vergelijkbare superlatieven, zoals de Sloan Great Wall, de Giant Gamma-Ray Burst Ring en de Huge Large Quasar Group.

“We kunnen één grootschalige structuur hebben die gewoon een statistische toevalstreffer zou kunnen zijn,” zei Lopez. “Dat is het probleem niet. Dat alles bij elkaar maakt het probleem nog groter.”