Een team van Japanse onderzoekers heeft, met behulp van archiefgegevens van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling gemeten bij een roodverschuiving van z = 0,89 – wat overeenkomt met ongeveer zeven miljard jaar geleden. Daarbij hebben de onderzoekers vastgesteld dat de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling destijds iets meer dan vijf kelvin bedroeg. Dat is ongeveer twee keer zo warm als de huidige temperatuur van 2,7 kelvin, en komt overeen met de voorspelling van de oerknaltheorie (The Astrophysical Journal, 29 oktober).
De meeste astronomen gaan ervan uit dat het heelal is ontstaan als een extreem hete ‘vuurbal’ die door adiabatische uitdijing is geëvolueerd tot zijn huidige toestand met een lage temperatuur en dichtheid. Dit is het zogeheten ‘oerknalmodel’, dat sinds de jaren 60 als het meest aannemelijke model voor het ontstaan en de evolutie van ons heelal wordt gezien. Toch zijn er de laatste jaren nog diverse alternatieve kosmologische modellen voorgesteld.
De kosmische achtergrondstraling is een zwakke straling die gelijkmatig over de hemel is verdeeld. Een effectieve manier om de vroegere temperatuur van deze straling te meten, is door gebruik te maken van de absorptie van straling van heldere achtergrondbronnen, zoals quasars, door de ijle atomen en moleculen in verre sterrenstelsels. De energieniveaus van deze atomen en moleculen worden beïnvloed door de kosmische achtergrondstraling die toendertijd heerste. Deze aborptie heeft karakteristieke sporen in de achtergrondstraling achtergelaten – zogeheten absorptielijnen – aan de hand waarvan kan worden vastgesteld hoe warm de kosmische achtergrondstraling in vroeger tijden was.
In dit geval hebben de onderzoekers gebruik gemaakt van ALMA-gegevens van de verre quasar PKS1830–211, die talrijke absorptielijnen vertoont die heel geschikt zijn voor het onderzoek van de kosmische achtergrondstraling. Op basis van deze gegevens voerde het team een verfijnde analyse uit waarbij rekening werd gehouden met verschillende belangrijke effecten: de ongelijkmatige verdeling van het absorberende gas, tijdsvariaties in de absorptiesterkte, en de gedeeltelijke bedekking van de achtergrondbron door het absorberende gas. Bij een eerdere bepaling van de kosmische achtergrondstraling met behulp van dit object die in 2013 werd uitgevoerd was met deze factoren geen rekening gehouden.
Middels deze analyse hebben de onderzoekers vastgesteld dat de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling in het tijdperk waarin het absorberende gas bestond – ongeveer zeven miljard jaar geleden – 5,13 Kelvin bedroeg met een foutmarge van slechts 0,05 K – ongeveer veertig procent nauwkeuriger dan eerdere studies. (EE)
ALMA Confirms a Hotter Early Universe with Record-Precision Measurement of the CMB