ERC Consolidator Grant voor Alessandra Silvestri: zwaartekracht op kosmologische schaal op de proef stellen
Werkt zwaartekracht hetzelfde als je kijkt naar de grootste schalen in ons universum? Dat gaat de Leidse natuurkundige Alessandra Silvestri onderzoeken met een ERC Consolidator-beurs van 2 miljoen euro. ‘We gaan ervan uit dat het zo is, maar we weten het eigenlijk niet.’
Meer dan een eeuw geleden formuleerde Albert Einstein zijn algemene relativiteitstheorie. Een revolutionaire interpretatie van de zwaartekracht gebaseerd op de geometrie van ruimtetijd. Het bleek een van de meest succesvolle theorieën in de geschiedenis van de natuurkunde te zijn, die alle proeven doorstond die wetenschappers konden bedenken. Maar is deze theorie eigenlijk compleet? Er zit misschien wel meer achter, zegt Silvestri, die de zwaartekracht op kosmologische schalen wil begrijpen.
Grenzen verleggen met Euclid
‘Wat ik doe is de wetten van de zwaartekracht testen op de grootste schaal’, legt Silvestri uit. ‘Algemene relativiteit is goed getest voor de schaal van ons zonnestelsel en we weten dat het klopt. We gaan ervan uit dat het op grotere schalen net zo werkt, maar we hebben nooit de kans gehad om dat te bevestigen, tot nu. Met de Euclid-ruimtetelescoop kunnen we het voor het eerst echt testen. Deze telescoop gaat echt een verschil maken.’
‘Zes jaar lang zal Euclid ultrascherpe beelden maken van miljarden sterrenstelsels in meer dan een derde van de hemel om een 3D-kaart te maken van het heelal in ruimte en tijd. Dat is echt baanbrekend,’ zegt Silvestri enthousiast. ‘Op dit moment worden de eerste gegevens verzameld en over een jaar komen de eerste data intern vrij, zodat we kunnen beginnen met het uitpluizen van de fysica. De timing is perfect. Met deze subsidie kan ik vijf groepsleden aannemen. Dat zal broodnodig menskracht zijn wanneer de data binnen beginnen te komen.
Een zoektocht naar het perfecte model
Silvestri leidt de Theorie-werkgroep van het Euclid consortium. Het is haar taak om een goed model te vinden dat alle waarnemingen verklaart en uiteindelijk nieuwe natuurkunde onthult. ‘Aan het begin van mijn carrière was de aanpak wat je zou noemen "trial and error". Je bedacht kandidaat-modellen en probeerde die uit aan de hand van de data. Maar dat is niet erg efficiënt. Ik raakte steeds meer geobsedeerd door het construeren van een breed, agnostisch raamwerk op basis van fundamentele natuurkundige principes om de theorie uit de gegevens af te leiden. Dat is vooral belangrijk met de rijkdom aan data die Euclid op zal leveren.
‘Het creëren van het perfecte model is een mooie taak, maar ook complex. Het is niet eenvoudig om uit al die gegevens een theorie af te leiden’, zegt Silvestri. Euclid zal ook veel data verzamelen op wat kleinere kosmologische schalen. Deze zijn notoir moeilijk te modelleren. Als er aanpassingen zijn aan de algemene relativiteit, dan verwachten we dat er in dit regime een aantal eigenaardigheden opduiken. Maar het theoretische kader voor deze schaal is nog niet toereikend. Met deze beurs ga ik dat aanpakken. Ik heb het geluk dat ik dit in Leiden kan doen, waar we een grote Euclid-gemeenschap hebben met verschillende expertises.'
‘Ik kan niet wachten tot de eerste data binnenkomen. Aan het einde van de vijf jaar van deze ERC-subsidie hopen we een heel solide raamwerk te hebben. Dan kunnen we echt beginnen te leren over de zwaartekracht van het heelal.'