Kosmos minstens 250x groter dan het zichtbare heelal, zeggen kosmologen

Als we naar het heelal kijken, moeten de dingen die we kunnen zien zo dichtbij zijn dat licht ons bereikt sinds het begin van het heelal. Het universum is ongeveer 14 miljard jaar oud, dus op het eerste gezicht is het gemakkelijk om te denken dat we dingen op meer dan 14 miljard lichtjaar afstand niet kunnen zien.

Dat klopt echter niet helemaal. Omdat het heelal uitdijt, zijn de meest verre zichtbare dingen veel verder weg dan dat. In feite hebben de fotonen in de kosmische microgolfachtergrond een koele 45 miljard lichtjaar afgelegd om hier te komen. Dat maakt het zichtbare heelal zo'n 90 miljard lichtjaar in doorsnede.

Dat is groot, maar het universum is vrijwel zeker veel groter. De vraag waar veel kosmologen over hebben nagedacht, is hoeveel groter. Vandaag hebben we een antwoord dankzij een interessante statistische analyse door Mihran Vardanyan van de Universiteit van Oxford en een paar maatjes.

Het is duidelijk dat we de grootte van het universum niet direct kunnen meten, maar kosmologen hebben verschillende modellen die suggereren hoe groot het zou moeten zijn. Een gedachtegang is bijvoorbeeld dat als het universum tijdens inflatie met de snelheid van het licht zou uitdijen, het 10^23 keer groter zou moeten zijn dan het zichtbare universum.

Andere schattingen zijn afhankelijk van een aantal factoren en in het bijzonder van de kromming van het heelal: of het gesloten is, zoals een bol, plat of open. In de laatste twee gevallen moet het heelal oneindig zijn.

Als je de kromming van het heelal kunt meten, kun je grenzen stellen aan hoe groot het moet zijn.

Het blijkt dat astronomen de afgelopen jaren verschillende ingenieuze manieren hebben om de kromming van het heelal te meten. Een daarvan is om te zoeken naar een object in de verte van bekende grootte en te meten hoe groot het eruit ziet. Als het groter is dan het zou moeten zijn, is het heelal gesloten; als het de juiste grootte heeft, is het heelal plat en als het kleiner is, is het heelal open.

Astronomen kennen één type object dat bij de rekening past: golven in het vroege heelal die bevroren raakten in de kosmische microgolfachtergrond. Ze kunnen de grootte van deze golven meten, baryonische akoestische oscillaties genoemd, met behulp van ruimteobservatoria zoals WMAP.

Er zijn ook andere indicatoren, zoals de helderheid van type 1A-supernova's in verre sterrenstelsels.

Maar wanneer kosmologen al deze gegevens onderzoeken, geven verschillende modellen van het heelal verschillende antwoorden op de vraag naar zijn kromming en grootte. Welke te kiezen?

De doorbraak die Vardanyan en zijn vrienden hebben gemaakt, is om een ​​manier te vinden om de resultaten van alle gegevens op de eenvoudigst mogelijke manier te middelen. De techniek die ze gebruiken heet Bayesiaans modelgemiddelde en het is veel geavanceerder dan de gebruikelijke curve-aanpassing die wetenschappers vaak gebruiken om hun gegevens te verklaren.

Een bruikbare analogie is met vroege modellen van het zonnestelsel. Met de aarde in het centrum van het zonnestelsel, werd het geleidelijk moeilijker en moeilijker om de waarnemingsgegevens in dit model te passen. Maar astronomen hebben manieren gevonden om dit te doen door steeds complexere systemen te introduceren, het wielen-in-wielen-model van het zonnestelsel.

We weten nu dat deze aanpak helemaal verkeerd was. Een zorg voor kosmologen is dat er nu een soortgelijk proces gaande is met modellen van het heelal.

Bayesiaans modelmiddeling beschermt hier automatisch tegen. In plaats van te vragen hoe goed het model bij de gegevens past, stelt het een andere vraag: gegeven de gegevens, hoe waarschijnlijk is het dat het model correct is. Deze benadering is automatisch bevooroordeeld ten opzichte van complexe modellen - het is een soort statistisch Occam's scheermes.

Door het toe te passen op verschillende kosmologische modellen van het universum, zijn Vardanyan en co in staat om belangrijke beperkingen op te leggen aan de kromming en grootte van het universum. In feite blijkt dat hun beperkingen veel strenger zijn dan mogelijk is met andere benaderingen.

Ze zeggen dat de kromming van het heelal strak beperkt is rond 0. Met andere woorden, het meest waarschijnlijke model is dat het heelal plat is. Een plat heelal zou ook oneindig zijn en hun berekeningen zijn hier ook consistent mee. Deze laten zien dat het heelal minstens 250 keer groter is dan het Hubble-volume. (Het Hubble-volume is vergelijkbaar met de grootte van het waarneembare heelal.)

Dat is groot, maar eigenlijk strakker beperkt dan veel andere modellen.

En het feit dat het uit zo'n elegante statistische methode komt, betekent dat dit werk waarschijnlijk een brede aantrekkingskracht zal hebben. Als dat zo is, kan het uiteindelijk worden gebruikt om ook andere gebieden van de kosmologie te verfijnen en in te perken.

Referentie: arxiv.org/abs/1101.5476 : Toepassingen van Bayesiaans model voor het gemiddelde van de kromming en grootte van het heelal

zich verstoppen