Leids computermodel bootst Voronoi-schuim in het heelal na

Al lange tijd is bekend dat sterrenstelsels verre van gelijkmatig door het heelal zijn verspreid. Zij zijn geconcentreerd in groepen en clusters, die op hun beurt een netwerk van lange slierten vormen, enorme ruimten omsluiten waarin zich vrijwel geen stelsels bevinden. Astronomen doen nu verwoede pogingen om met behulp van computermodellen het ontstaan van deze 'sponsstructuur' na te bootsen en het ontstaan ervan te achterhalen.

Bij de meeste modellen gaat men na op welke manier de aanvankelijk vrij gelijkmatig verspreide sterrenstelsels onder invloed van elkaars aantrekkingskracht konden samenklonteren, daarbij lege ruimten creerend.

Twee Leidse astronomen, Vincent Icke en Rien van de Weygaert, hebben de zaak omgedraaid en zich juist geconcentreerd op het gedrag van de lege ruimten of 'bellen' tussen de sterrenstelsels. Hun rekenmodel is gebaseerd op de gedachte dat de lege ruimten in dynamisch opzicht een wezenlijke invloed hebben gehad op het ontstaan van de grootschalige structuur.

In hun model zijn de gebieden die een dichtheid hadden kleiner dan de gemiddelde dichtheid in het heelal de 'kiemen' van de huidige bellen. Zij waren expansiecentra, waarvandaan materie (sterrenstelsels) wegstroomde dat uiteindelijk gelijksoortige materie ontmoette dat afkomstig was van naburige expansiecentra. Zo ontstond er in het heelal een structuur met meervlakkige cellen, die er ongeveer uitzien als tegen elkaar aangedrukte bellen in zeepsop. Zo'n structuur noemt men Voronoi-schuim, naar de Russische wiskundige G. Voronoi die in 1908 voor het eerst over deze structuur heeft geschreven.

In de vlakken tussen de cellen is de invloed tussen de sterrenstelsels groter dan daarbuiten. De stelsels zullen zich daarom vooral langs die vlakken gaan bewegen en zich concentreren in de gemeenschappelijke raaklijnen. Daar aangekomen hebben zij de neiging om zich naar de gemeenschappelijke knooppunten (tussen meerdere vlakken) te gaan bewegen. Een gevolg hiervan is dat de sterrenstelsel-dichtheid van de wanden kleiner is dan die van de raaklijnen en veel kleiner dan die van de knooppunten.

De twee astronomen hebben, uitgaande van duizenden aanvankelijk willekeurig verspreide sterrenstelsels, met hun alternatieve computermodel het ontstaan van zulke schuimstructuren nagebootst. De resultaten ervan (aangeboden aan het Britse Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society) blijken verrassend goed overeen te komen met de werkelijke, waargenomen verdeling van sterrenstelsels in 'wanden', slierten en clusters in het heelal. Ook het ontstaan van extreem lange structuren, zoals de eind 1988 ontdekte 'Grote Muur', een sliert van 500 miljoen lichtjaar lang die uit tienduizenden stelsels bestaat, kan worden nagebootst.