De natuur verafschuwt a vacuüm, zo luidt het gezegde, maar niemand heeft het het universum verteld. De ruimte is gevuld met kosmische leegten – uitgestrekte gebieden die grotendeels vrij zijn van materie en zich hebben geopend tussen dichte draden van materiaal die samen een kosmisch web vormen.
In plaats van lege binnenwateren te zijn waar weinig te bestuderen valt, kunnen deze leegtes oplossingen bevatten voor enkele van de meest hardnekkige kosmische mysteries, zoals het gedrag van de zwaartekracht, de aard van donkere energieen de zogenaamde Hubble-spanningeen observationele mismatch in de uitdijingssnelheid van het universum die astronomen al jaren hoofdpijn bezorgt.
‘Met leegtes hebben we de macht om de meeste interessante kosmologische raadsels aan te pakken’, zegt Alice Pisani, onderzoeksprofessor in de kosmologie en werkzaam bij het Centrum voor Deeltjesfysica in Marseille (CPPM) van het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek. Ze voegt eraan toe dat, omdat er minder interferentie door materie is, er sprake is van een “hoge signaal-ruis”-verhouding in termen van wat onderzoekers kunnen waarnemen.
De komst van nieuwe telescopen en geavanceerde simulaties heeft dit vakgebied een impuls gegeven, waardoor een groeiende gemeenschap van wetenschappers over de hele wereld zich heeft gespecialiseerd in holtes als unieke kosmologische laboratoria. Sommige experts beweren dat we misschien zelfs in een kolossale leegte leven, een positie die onze kijk op het universum op consequente wijze kan veranderen.
Voor plaatsen die door schaarsheid worden gedefinieerd, worden leegten kosmologische zwaargewichten, waar de wetten van de natuurkunde met ongewone helderheid kunnen worden waargenomen.
“Vanuit kosmologisch perspectief is het een heel opwindende tijd”, zegt Pisani.
Wat zijn kosmische leegten?
Na de oerknal was het universum een uniforme soep van subatomaire deeltjes. Maar gedurende miljoenen jaren, toen de materie afkoelde en zich stabiliseerde tot atomen, begonnen de vage contouren van het kosmische web zichtbaar te worden.
Gedurende miljarden jaren heeft het web door zwaartekracht gaswolken, clusters van sterrenstelsels en andere kosmische objecten naar zijn steigers getrokken. Naarmate er meer materie in het web wordt getrokken, zijn de gaten tussen de filamenten groter geworden, waardoor er holtes zijn ontstaan.
Kleine ‘subvaids’ kunnen zich openen tussen clusters van sterrenstelsels, waar ze misschien maar 10 tot 20 miljoen lichtjaar in doorsnede zijn. Maar de gaten kunnen groter worden. Veel groter. De Boötes-leegte, ook wel bekend als het ‘Grote Niets’, strekt zich uit over meer dan 300 miljoen lichtjaar.
Het kan ‘misleidend’ zijn om ze kosmische leegtes te noemen, zegt Pisani, ‘omdat we uiteindelijk denken dat leegte leegte betekent. Maar in feite zijn de leegtes waar we naar kijken nooit leeg. Er zijn heel kleine sterrenstelsels met een lage massa in deze minder dichte gebieden.’ De Boötes Void bevat bijvoorbeeld enkele tientallen sterrenstelsels, hoewel dat nog steeds veel minder is dan de duizenden die je zou verwachten in een gebied van vergelijkbare grootte.
Omdat ze relatief verstoken zijn van materiaal, bleven kosmische leegtes tot eind jaren zeventig buiten het observatieveld. Tot dat moment waren de posities van sterrenstelsels in kaart gebracht als 2D-punten aan de hemel, maar de ontwikkeling van 3D-kaarten van de verspreiding van sterrenstelsels onthulde voor het eerst de contouren van het kosmische web, waardoor de aanwezigheid van holtes werd blootgelegd.
De afgelopen jaren heeft een groot aantal nieuwe telescooponderzoeken het startsein gegeven voor een explosie van nieuwe ontdekkingen van lege ruimten, zoals het Dark Energy Survey Instrument (DESI) in Arizona, en het Europese Euclides ruimtetelescoop. Verwacht wordt dat deze instrumenten meer dan 100.000 holtes in de ruimte in kaart zullen brengen, waardoor een ongekende blik op deze structuren wordt geboden. Toch zullen deze onderzoeken nog steeds slechts een fractie van de vele miljoenen holtes vastleggen die naar schatting in het waarneembare universum bestaan.
“Alleen al in de afgelopen tien jaar is het vakgebied aanzienlijk geëvolueerd dankzij nieuwe technologieën”, zegt Nico Schuster, kosmoloog en kosmische leegte-expert bij CPPM. “Dit alles stelt ons in staat om veel meer sterrenstelsels waar te nemen dan voorheen, en dat stelt ons in staat om eindelijk het kosmische web op een veel diepere diepte te onderzoeken, meer holtes te vinden en deze beter op te lossen.”
