Natuurkunde

Nobelprijs voor een nieuwe kijk op het heelal

De winnaars van de Nobelprijs voor Natuurkunde worden aangekondigd in Stockholm. Beeld REUTERS

De Nobelprijs voor natuurkunde gaat dit jaar naar wetenschappers die een nieuwe kijk gaven op het ontstaan van het universum en de plaats van de mens daarin.

Het is een opvallende keuze. Het Nobelcomité heeft de prijs voor natuurkunde in twee helften gesplitst die mijlenver uiteen staan. De ene helft gaat naar de Amerikaan James Peebles (1935) die onlosmakelijk is verbonden met de theorieën over de oerknal, over de wording van het heelal en over hoe de huidige ruimte daardoor is vormgegeven. Het werk van de Zwitsers Michel Mayor (1942) en Didier Queloz (1966) heeft daar nauwelijks een relatie mee. Zij ontdekten als eersten een planeet die om een andere ster dan de zon draait en toonden daarmee aan dat het zonnestelsel niet uniek is.

Het idee dat het heelal is ontstaan uit een oerknal, rolt rechtstreeks uit de algemene relativiteitstheorie die Albert Einstein in 1915 opstelde. Einstein zelf geloofde er niet in, hij voegde zelfs een factor aan zijn vergelijkingen toe, de kosmologische constante, om het heelal stabiel te houden. Hij zou later erkennen dat dit de grootste blunder uit zijn carrière was geweest, maar het duurde tot 1965 – tien jaar na Einsteins dood – eer de oerknal concreet begon te worden.

Nagloei-effect van de oerknal

De Amerikanen Arno Penzias en Robert Wilson hadden alles geprobeerd om van een vervelende ruis af te komen die het signaal van hun antenne verstoorde. Was het radioverkeer uit New York? Duivenpoep op de antenne? Nee. Ten einde raad publiceerden ze hun bevindingen.

James Peebles wist meteen wat het wel moest zijn: de echo van de oerknal. Een nagloei-effect, om preciezer te zijn. In het begin was het heelal nog te heet voor licht om aan de materie te ontsnappen. Pas na 380.000 jaar was de oersoep voldoende afgekoeld (tot zo’n 3000 graden Celsius) en kreeg het licht vrij baan. Dit is het signaal dat Penzias en Wilson waarnamen, legde Peebles uit, al is het inmiddels afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt (273 graden onder nul).

Al in 1948 had George Gamov het bestaan gesuggereerd van dit nagloei-effect, maar Peebles liet zien dat deze kosmische achtergrondstraling, zoals het officieel heet, een goudmijn voor de kosmologie was. Zo lijkt het signaal uniform uit alle richtingen te komen. Maar er zitten minieme variaties in. Dat is maar goed ook, aldus Peebles, want dat betekent dat de massa destijds niet uniform verdeeld was. Daardoor hebben massa’s elkaar kunnen aantrekken en konden sterren ontstaan.

Alleen leek er voor deze ontstaansgeschiedenis te weinig massa aanwezig. Peebles vulde dit gat begin jaren tachtig door te suggereren dat er veel onzichtbare massa moest zijn. Wat we zien, vormt slechts een zesde van het geheel, rekende hij voor. De rest is donkere materie. Uit diezelfde achtergrondstraling bleek ook dat het heelal vlak is (en niet gekromd). Om dat te verklaren haalde Peebles in 1984 de kosmologische constante van Einstein van stal. Dit bleef lang een hypothese totdat in 1998 het bestaan van deze factor, die nu donkere energie wordt genoemd, werd bewezen.

Planetenjagers

Op 6 oktober 1995 maakten Michel Mayor en Didier Queloz op een astronomiecongres in Florence bekend dat ze een planeet hadden ontdekt die om 51 Pegasi draaide, een ster op vijftig lichtjaar afstand van de aarde. De planeet, formaat Jupiter, draaide in vier dagen om de ster die door dit enorme krachtenspel meebewoog. En zoals het geluid van een trein bij het passeren verandert (het dopplereffect), zo verandert ook het licht dat de wiebelende ster uitzond. Die variatie in licht hadden Mayor en Queloz gemeten.

Sindsdien zijn er meer dan vierduizend zogeheten exoplaneten ontdekt. Soms dankzij dit dopplereffect, maar vaker doordat het sterlicht iets zwakker lijkt te worden als een planeet er voor langs schuift. Ook zijn het lang niet altijd meer gigantische gasplaneten die dicht op hun ster zitten, maar worden steeds vaker planeten ontdekt die qua grootte en afstand tot de ster op de aarde lijken.

Lees ook:

Nobelprijs voor onderzoekers die uitplozen hoe het lichaam op zuurstoftekort reageert

De Nobelprijs voor geneeskunde gaat dit jaar naar de Amerikanen Gregg Semenza en William Kaelin en de Brit Peter Ratcliffe. Ze krijgen de onderscheiding omdat ze hebben ontrafeld hoe het lichaam reageert op een dalend zuurstofgehalte.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden