Een groep astronomen onder leiding van de Universiteit van Californië, Davis heeft nieuwe gegevens verkregen die suggereren dat het universum sneller uitdijt dan voorspeld.

De studie komt op de hielen van een heet debat over hoe snel het universum ballonvaren; metingen tot nu toe zijn het oneens.

De nieuwe meting van het team van de Hubble-constante, of de uitdijingssnelheid van het heelal, een andere methode betrokken. Ze gebruikten NASA's Hubble Space Telescope (HST) in combinatie met het Adaptive Optics (AO) -systeem van W. M. Keck Observatory om drie systemen met zwaartekrachtlenzen te observeren. Dit is de eerste keer dat grondgebaseerde AO-technologie is gebruikt om de Hubble-constante te verkrijgen.

"Toen ik meer dan 20 jaar geleden voor het eerst aan dit probleem begon te werken, de beschikbare instrumenten beperkten de hoeveelheid bruikbare gegevens die je uit de waarnemingen kon halen, " zegt co-auteur Chris Fassnacht, Hoogleraar natuurkunde aan UC Davis. "In dit project, we gebruiken de AO van Keck Observatory voor het eerst in de volledige analyse. Ik heb jarenlang het gevoel gehad dat AO-waarnemingen veel aan deze inspanning zouden kunnen bijdragen."

De resultaten van het team zijn gepubliceerd in het laatste online nummer van de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

Om eventuele vooroordelen uit te sluiten, het team voerde een blinde analyse uit; tijdens de verwerking, ze hielden het uiteindelijke antwoord zelfs voor zichzelf verborgen totdat ze ervan overtuigd waren dat ze zoveel mogelijke bronnen van fouten hadden aangepakt als ze konden bedenken. Hierdoor konden ze geen aanpassingen maken om de "juiste" waarde te krijgen, bevestigingsbias te vermijden.

"Toen we dachten dat we alle mogelijke problemen met de analyse hadden opgelost, we deblinden het antwoord met de regel dat we elke waarde die we vinden moeten publiceren, ook al is het gek. Het is altijd een spannend en spannend moment, " zegt hoofdauteur Geoff Chen, een afgestudeerde student aan de UC Davis Physics Department.

De verblinding onthulde een waarde die consistent is met Hubble Constant-metingen uit observaties van "lokale" objecten dicht bij de aarde, zoals nabijgelegen Type Ia-supernova's of systemen met zwaartekrachtlenzen; Chen's team gebruikte de laatste objecten in hun blinde analyse.

De resultaten van het team dragen bij aan groeiend bewijs dat er een probleem is met het standaardmodel van kosmologie, waaruit blijkt dat het heelal in het begin van zijn geschiedenis zeer snel uitdijde, toen vertraagde de uitdijing door de aantrekkingskracht van donkere materie, en nu versnelt de expansie weer vanwege donkere energie, een mysterieuze kracht.

Dit model van de uitdijingsgeschiedenis van het heelal is samengesteld met behulp van traditionele Hubble Constant-metingen, die zijn ontleend aan "verre" waarnemingen van de kosmische microgolfachtergrond (CMB) - overgebleven straling van de oerknal toen het universum 13,8 miljard jaar geleden begon.

Onlangs, veel groepen begonnen verschillende technieken te gebruiken en verschillende delen van het universum te bestuderen om de Hubble-constante te verkrijgen en ontdekten dat de waarde verkregen uit "lokale" versus "verre" waarnemingen het niet eens was.

"Daarin ligt de crisis in de kosmologie, ", zegt Fassnacht. "Terwijl de Hubble-constante op een bepaald moment overal in de ruimte constant is, het is niet constant in de tijd. Dus, als we de Hubble-constanten vergelijken die uit verschillende technieken komen, we vergelijken het vroege heelal (met behulp van waarnemingen op afstand) met het late, moderner deel van het universum (met behulp van lokale, waarnemingen in de buurt)."

Dit suggereert dat er ofwel een probleem is met de CMB-metingen, waarvan het team zegt dat het onwaarschijnlijk is, of het standaardmodel van de kosmologie moet op de een of andere manier worden gewijzigd met behulp van nieuwe fysica om de discrepantie te corrigeren.

Methodologie

Met behulp van Keck Observatory's AO-systeem met de Near-Infrared Camera, instrument van de tweede generatie (NIRC2) op de Keck II-telescoop, Chen en zijn team verkregen lokale metingen van drie bekende quasarsystemen met lens:PG1115+ 080, HE0435-1223, en RXJ1131-1231.

Quasars zijn extreem helder, actieve sterrenstelsels, vaak met massieve jets aangedreven door een superzwaar zwart gat dat alles eromheen verhongert.

Hoewel quasars vaak extreem ver weg zijn, astronomen kunnen ze detecteren door middel van zwaartekrachtlenzen, een fenomeen dat fungeert als het vergrootglas van de natuur. Wanneer een voldoende zwaar sterrenstelsel dichter bij de aarde het licht van een zeer verre quasar in de weg staat, de melkweg kan fungeren als een lens; zijn zwaartekrachtveld vervormt de ruimte zelf, het licht van de achtergrondquasar in meerdere afbeeldingen buigen en het er extra helder laten uitzien.

Soms, de helderheid van de quasar flikkert, en aangezien elk beeld overeenkomt met een iets andere padlengte van quasar naar telescoop, de flikkeringen verschijnen voor elk beeld op enigszins verschillende tijdstippen - ze komen niet allemaal tegelijkertijd op aarde aan.

Met HE0435-1223, PG1115+ 080, en RXJ1131-1231, het team heeft die vertragingen zorgvuldig gemeten, die omgekeerd evenredig zijn met de waarde van de Hubble-constante. Dit stelt astronomen in staat om het licht van deze verre quasars te decoderen en informatie te verzamelen over hoeveel het universum is uitgebreid gedurende de tijd dat het licht op weg is naar de aarde.

"Een van de belangrijkste ingrediënten bij het gebruik van zwaartekrachtlenzen om de Hubble-constante te meten, is gevoelige beeldvorming met hoge resolutie, " zei Chen. "Tot nu toe, de beste op lens gebaseerde Hubble Constant-metingen, allemaal betrokken met behulp van gegevens van HST. Toen we de verblinding ontmaskerden, we hebben twee dingen gevonden. Eerst, we hadden consistente waarden met eerdere metingen die waren gebaseerd op HST-gegevens, waaruit blijkt dat AO-gegevens in de toekomst een krachtig alternatief kunnen bieden voor HST-gegevens. Ten tweede, we ontdekten dat het combineren van de AO- en HST-gegevens een nauwkeuriger resultaat gaf."

Volgende stappen

Chen en zijn team, evenals vele andere groepen over de hele planeet, doen meer onderzoek en observaties om verder te onderzoeken. Nu het team van Chen heeft bewezen dat het AO-systeem van Keck Observatory net zo krachtig is als HST, astronomen kunnen deze methodologie toevoegen aan hun reeks technieken bij het meten van de Hubble-constante.

"We kunnen deze methode nu proberen met quasarsystemen met meer lenzen om de precisie van onze meting van de Hubble-constante te verbeteren. Misschien zal dit ons leiden tot een completer kosmologisch model van het universum, ’ zegt Fassnacht.