Was het heelal al heel vroeg even "aan"? Opmerkelijk signaal uit de oerknal-data
Het heelal begon donker. Na de oerknal koelde alles af en werd het miljoenen jaren lang pikdonker, een periode die wetenschappers de "kosmische donkere middeleeuwen" noemen. Pas veel later gingen de eerste sterren branden, in een periode die de "kosmische dageraad" heet. Dat is het gangbare verhaal. Maar nieuw onderzoek laat een vreemde rimpeling zien, ver voor die dageraad.
Een team van astronomen heeft oude stralingsdata van het heelal opnieuw bekeken. Die data komt van de kosmische achtergrondstraling: het oudste licht dat we kunnen waarnemen, als een soort babyfoto van het heelal vlak na de oerknal. Normaal gesproken gebruiken onderzoekers deze data om te bepalen wanneer de eerste sterren en zwarte gaten het heelal "ioniseerden", oftewel elektrisch geladen maakten door elektronen van atomen los te schudden.
Een kortstondige flits van licht
De onderzoekers vonden aanwijzingen voor iets onverwachts: een korte, vroege uitbarsting van ionisatie, lang voordat de bekende kosmische dageraad begon. Dit zou gebeuren bij een roodverschuiving van ongeveer z~100. Roodverschuiving is een maat die astronomen gebruiken voor afstand én tijd: hoe hoger het getal, hoe verder terug in de tijd je kijkt. Z~100 betekent dat dit al speelde toen het heelal nog maar een fractie van zijn huidige leeftijd had, lang voor de eerste "normale" sterren.
Hoe kan dat? Kleine gebiedjes in het vroege heelal waren soms dichter opeengepakt dan gemiddeld. Die gebiedjes konden sneller instorten tot compacte klonten, waarin al vroeg sterren en zwarte gaten konden ontstaan. Die objecten stootten straling uit die het gas om hen heen tijdelijk ioniseerde. Omdat dit maar kort duurde, vielen de losgeschoten elektronen daarna weer terug naar de atomen, en bleef er maar een laag niveau van ionisatie over tegen de tijd dat de echte kosmische dageraad begon.
De onderzoekers berekenen dat dit extra effect bijdraagt aan wat zij optische diepte noemen, een maat voor hoeveel licht onderweg wordt verstrooid door vrije elektronen. Ze vinden een voorkeur voor een extra bijdrage van ongeveer 0,012, met een marge tussen 0,001 en 0,022.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit is geen bevestigde ontdekking. De statistische zekerheid ligt rond de 2 tot 2,5 sigma: in gewone taal betekent dit een voorzichtige aanwijzing, geen bewijs. Ter vergelijking: pas bij 5 sigma spreken natuurkundigen van een "ontdekking". Bovendien verschilt het precieze moment van deze gebeurtenis flink per analysemethode: de ene methode wijst op z~45, de andere op z~100, en weer een andere op z~165. Dat laat zien dat de exacte timing nog onzeker is.
Toekomstige ruimtemissies kunnen hier uitsluitsel over geven. De Japanse satelliet LiteBIRD, die vanaf half 2030 metingen moet gaan doen, zou dit signaal moeten kunnen opsporen als het zich afspeelde tussen z~40 en z~150. Ook de Simons Observatory, een telescoop-project in Chili, zou het effect moeten kunnen meten.
Mocht dit signaal standhouden, dan verandert dat ons beeld van het allervroegste heelal. Het zou betekenen dat er al structuren en mogelijk zelfs de eerste zwarte gaten bestonden in een periode die we tot nu toe als volledig donker beschouwden. Spannend, maar voorlopig blijft het een intrigerende aanwijzing die wacht op bevestiging.