Een team van astronomen, heeft met behulp van verschillende telescopen op aarde en in de ruimte – waaronder de Keck-sterrenwacht op Mauna Kea (Hawaï), een van de meest nauwkeurige onafhankelijke metingen tot nu toe gedaan van de snelheid waarmee het heelal uitdijt. Het resultaat verdiept een van de grootste vraagstukken in de moderne kosmologie (Astronomy and Astrophysics, 5 december).
Aan de hand van gegevens verzameld met de Cosmic Web Imager van de Keck-sterrenwacht, NASA’s ruimtetelescopen Webb en Hubble en de Europese Very Large Telescope, hebben de onderzoekers bevestigd dat de huidige uitdijingssnelheid van het heelal – de zogeheten Hubble-constante (H₀) – niet overeenkomt met de waarden die zijn voorspeld op basis van metingen van het heelal toen dit veel jonger was dan nu. Deze conclusie versterkt wat wetenschappers de ‘Hubble-spanning’ noemen.
De Hubble-constante, bedacht door astronoom Edwin Hubble, die deze in 1929 voor het eerst berekende, is de snelheid waarmee het heelal uitdijt. Dit getal geeft niet alleen de huidige groeisnelheid van het heelal weer, maar ook zijn leeftijd en geschiedenis. Maar zelfs nu, een eeuw later, zijn wetenschappers het nog niet eens over de precieze grootte van dit getal.
De Hubble-constante kan op twee manieren worden gemeten: door het vroege heelal te onderzoeken en door het heelal te onderzoeken zoals het er momenteel uitziet.
De meting van het vroege heelal, waarbij kosmologische modellen worden gebruikt om indirect de huidige uitdijingssnelheid van het universum te bepalen, komt uit op een uitdijingssnelheid van ongeveer 67 km/s/Mpc (67 kilometer per seconde per megaparsec). Maar de meting van het huidige heelal komt uit op een uitdijingssnelheid van 73 km/s/Mpc. Metingen op basis van het huidige heelal verschillen dus van de voorspellingen op basis van het vroege heelal, wat resulteert in wat de Hubble-spanning wordt genoemd.
Als deze inconsistentie zou worden bevestigd, zouden astronomen gedwongen worden om de samenstelling van het heelal te herzien. Misschien zijn er nog onbekende deeltjes in het spel of is er na de oerknal een vroege fase van ‘donkere energie’ geweest, die de uitdijing van het heelal kortstondig heeft versneld. Hoe dan ook: omdat de implicaties zo ingrijpend zijn, vinden astronomen het belangrijk om de verschillende resultaten op onafhankelijke wijze te verifiëren.
‘Dit is belangrijk omdat de kosmologie zoals wij die kennen mogelijk niet klopt’, zegt John O'Meara, hoofdwetenschapper en adjunct-directeur van de Keck-sterrenwacht. ‘Als het waar is dat de Hubble-spanning geen meetfout is, zullen we met nieuwe fysica moeten komen.’
Voor de nieuwe meting maakte het team gebruik van een methode die ‘tijdvertragingskosmografie’ wordt genoemd. Zware sterrenstelsels buigen het licht van verder weg staande sterrenstelsels en quasars af, waardoor meerdere beelden van één en hetzelfde object ontstaan. Wanneer de helderheid van het verre object verandert, kunnen astronomen meten hoe lang het duurt voordat die veranderingen in de overige beelden te zien zijn. Deze ‘tijdvertragingen’ fungeren dan als ‘kosmische meetlatten’, waarmee wetenschappers afstanden in het heelal kunnen berekenen en uiteindelijk kunnen bepalen hoe snel het uitdijt.
Bij de nieuwste meting hebben spectroscopische gegevens die met de Cosmic Web Imager zijn verzameld een cruciale rol gespeeld. Door de bewegingen van sterren in de ‘lens-stelsels’ waar te nemen, konden de astronomen vaststellen hoeveel massa deze sterrenstelsels hebben en hoe sterk ze het licht afbuigen: cruciale informatie voor het vaststellen van de Hubble-constante.
De metingen van het team hebben een nauwkeurigheid van vierenhalf procent – een buitengewone prestatie, maar nog steeds niet nauwkeurig genoeg om de huidige discrepantie definitief te kunnen bevestigen of ontkrachten. Het volgende doel is om de nauwkeurigheid te verfijnen tot minder dan anderhalf procent. (EE)
Astronomers Sharpen the Universe’s Expansion Rate, Deepening a Cosmic Mystery