Natuurkundigen gebruiken twee soorten metingen om de uitdijingssnelheid van het heelal te berekenen, maar hun resultaten vallen niet samen, waardoor het nodig kan zijn om het kosmologische model bij te werken. "Het is alsof je probeert een kosmische naald in te rijgen, " legt onderzoeker Licia Verde van de Universiteit van Barcelona uit, co-auteur van een artikel over de implicaties van dit probleem.

Meer dan honderd wetenschappers ontmoetten elkaar deze zomer aan het Kavli Institute for Theoretical Physics van de University of California (VS) om te proberen op te helderen wat er gebeurt met de tegenstrijdige gegevens over de expansiesnelheid van het universum, een probleem dat de oorsprong zelf raakt, evolutie en het lot van onze kosmos. Hun conclusies zijn gepubliceerd in Natuurastronomie logboek.

"Het probleem ligt in de Hubble-constante (H0), een parameter waarvan de waarde - het is eigenlijk geen constante omdat het met de tijd verandert - aangeeft hoe snel het heelal momenteel uitdijt, " wijst kosmologe Licia Verde aan, een ICREA-onderzoeker aan het Institute of Cosmos Sciences van de Universiteit van Barcelona (ICC-UB) en de hoofdauteur van het artikel.

"Er zijn verschillende manieren om deze hoeveelheid te meten, " ze legt uit, "maar ze kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdklassen:die welke vertrouwen op het late heelal (het dichtst bij ons in ruimte en tijd) en die gebaseerd op het vroege heelal, en ze geven niet precies hetzelfde resultaat."

Een klassiek voorbeeld van metingen in het late heelal zijn die van de regelmatige pulsaties van cepheïdesterren, die de astronoom Henrietta Swan Leavitt een eeuw geleden observeerde en die Edwin Hubble hielp afstanden tussen sterrenstelsels te berekenen en in 1929 te bewijzen dat het heelal uitdijt.

De huidige analyse van de variabele helderheid van cepheïden met ruimtetelescopen zoals de Hubble, samen met andere directe waarnemingen van objecten in onze kosmische omgeving en verder weg gelegen supernova's, geven aan dat de H0-waarde ongeveer 73,9 kilometer per seconde per megaparsec is (een astronomische eenheid die overeenkomt met ongeveer 3,26 miljoen lichtjaar).

Echter, metingen gebaseerd op het vroege heelal geven een gemiddelde H0-waarde van 67,4 km/s/Mpc. Deze andere records, verkregen met gegevens van de Planck-satelliet van het Europees Ruimteagentschap en andere instrumenten, indirect worden verkregen op basis van het succes van het standaard kosmologische model (Lambda-CDM-model), die een heelal voorstelt dat bestaat uit 5% atomen of gewone materie, 27 % donkere materie (bestaande uit deeltjes, nog ontdekt, die voor extra aantrekkingskracht zorgen zodat sterrenstelsels zich kunnen vormen en clusters van sterrenstelsels bij elkaar worden gehouden) en 68% donkere energie, die verantwoordelijk is voor het versnellen van de uitdijing van het heelal.

"Vooral, deze metingen van het oeruniversum richten zich op het verste licht dat kan worden waargenomen:de kosmische microgolfachtergrond, geproduceerd toen het heelal nog maar 380 was, 000 jaar oud, in het zogenaamde recombinatietijdperk (waar protonen opnieuw werden gecombineerd met elektronen om atomen te vormen), ' zegt Licia Verde.

De onderzoeker benadrukt een relevant feit:"Er zijn zeer verschillende en onafhankelijke manieren (met totaal verschillende instrumenten en wetenschappelijke hulpmiddelen) om de H0 te meten op basis van het vroege heelal, en hetzelfde geldt voor het late heelal. Wat interessant is, is dat alle metingen van één type met elkaar in overeenstemming zijn, met een voortreffelijke precisie van 1 of 2%, net als die van het andere type, met dezelfde grote precisie; maar als we de metingen van de ene klasse vergelijken met die van de andere, de discrepantie ontstaat."

"Het lijkt een klein verschil, slechts 7%, maar het is belangrijk gezien het feit dat we het hebben over precisies van 1 of 2% in de waarde van de Hubble-constante, " zoals benadrukt door Licia Verde, die grapt:"Het is alsof je een 'kosmische naald' probeert te rijgen waarvan het gat de H0-waarde is die vandaag wordt gemeten en de draad wordt gebracht door het model van het verste heelal dat we kunnen waarnemen:de kosmische microgolfachtergrond."

In aanvulling, ze wijst op enkele gevolgen van de discrepantie:"Hoe lager de H0 is, hoe ouder het heelal is. Zijn huidige leeftijd wordt berekend op ongeveer 13,8 miljard jaar, aangezien de Hubble-constante 67 of 68 km/s/Mpc is; maar als de waarde 74 km/s/Mpc was, ons universum zou jonger zijn:het zou ongeveer 12,8 miljard jaar oud zijn."

Het model in het vroege heelal aanpassen

De auteurs wijzen er in hun onderzoek op dat deze anomalie niet lijkt af te hangen van het instrument of de methode die wordt gebruikt voor het meten, of op menselijke apparatuur of bronnen. "Als er geen fouten in de gegevens of metingen zitten, zou het een probleem kunnen zijn met het model?" vraagt ​​de onderzoeker.

"Ten slotte, de H0-waarden van de oer-universumklasse zijn gebaseerd op het standaard kosmologische model, die zeer goed ingeburgerd is, erg succesvol, maar die we een beetje kunnen proberen te veranderen om de discrepantie op te lossen, ", zegt de deskundige. "Echter, we kunnen niet knoeien met de kenmerken van het model die erg goed werken".

Als de gegevens het probleem blijven bevestigen, theoretische fysici lijken het erover eens te zijn dat de meest veelbelovende manier om dit op te lossen is om het model aan te passen net voordat het waargenomen licht van de kosmische microgolfachtergrond werd gevormd, d.w.z. net voor recombinatie (waarin er al 63% donkere materie was, 15% fotonen, 10% neutrino's en 12% atomen). Een van de voorgestelde ideeën is dat, kort na de oerknal, er had zich een intense episode van donkere energie kunnen voordoen die het heelal sneller uitbreidde dan eerder was berekend.

"Hoewel het nog steeds zeer speculatief is, met dit verfijnde model, de H0-waarde verkregen met metingen op basis van het oeruniversum zou kunnen samenvallen met lokale metingen, " merkt Licia Verde op, die concludeert:"Het zal niet gemakkelijk zijn, maar op deze manier konden we de kosmische naald doorrijgen zonder te breken wat goed werkt in het model."