Het is een van de grote kosmologische debatten:het universum dijt uit, maar hoe snel precies? Twee beschikbare metingen leveren verschillende resultaten op. Leids natuurkundige David Harvey paste een onafhankelijke derde meetmethode aan met behulp van de door Einstein voorspelde lichtvervormingseigenschappen van sterrenstelsels. Hij publiceerde zijn bevindingen in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

We weten al bijna een eeuw over de uitdijing van het heelal. Astronomen merkten op dat het licht van verre sterrenstelsels een lagere golflengte heeft dan sterrenstelsels dichtbij. De lichtgolven lijken uitgerekt, of roodverschoven, wat betekent dat die verre sterrenstelsels zich verder weg bewegen.

Deze expansiesnelheid, de Hubble-constante genoemd, kan worden gemeten. Bepaalde supernova's, of exploderende sterren, een goed begrepen helderheid hebben; dit maakt het mogelijk om hun afstand tot de aarde te schatten en die afstand te relateren aan hun roodverschuiving of snelheid. Voor elke megaparsec afstand (een parsec is 3,3 lichtjaar), de snelheid waarmee sterrenstelsels zich van ons terugtrekken, neemt toe met 73 kilometer per seconde.

Einstein

Echter, steeds nauwkeurigere metingen van de kosmische microgolfachtergrond, een overblijfsel van licht in het zeer vroege heelal, leverde een andere Hubble-constante op:ongeveer 67 kilometer per seconde.

Hoe kan dat zijn? Waarom het verschil? Zou dit verschil ons iets nieuws kunnen vertellen over het universum en de natuurkunde? "Dit, " zegt de Leidse natuurkundige David Harvey, "daarom een ​​derde meting, onafhankelijk van de andere twee, in beeld is gekomen:zwaartekrachtlenzen."

De algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein voorspelt dat een concentratie van massa, zoals een melkwegstelsel, kan het pad van het licht buigen, net zoals een lens dat doet. Wanneer een melkwegstelsel voor een heldere lichtbron staat, het licht wordt er omheen gebogen en kan via verschillende routes de aarde bereiken, het verstrekken van twee, en soms zelfs vier, afbeeldingen van dezelfde bron.

HoliCOW

1964, de Noorse astrofysicus Sjur Refsdal had een "a-ha"-moment:wanneer het lensstelsel een beetje uit het midden is, de ene route is langer dan de andere. Dat betekent dat het licht er langer over doet door dat pad. Dus als er een variatie is in de helderheid van de quasar, deze blip zal zichtbaar zijn in de ene afbeelding voor de andere. Het verschil kan dagen zijn, of zelfs weken of maanden.

Dit tijdsverschil, Refsdal toonde, kan ook worden gebruikt om afstanden tot de quasar en de lens vast te leggen. Als je deze vergelijkt met de roodverschuiving van de quasars, krijg je een onafhankelijke meting van de Hubble-constante.

Een onderzoekssamenwerking in het kader van het HoliCOW-project gebruikte zes van deze lenzen om de Hubble-constante te verkleinen tot ongeveer 73. er zijn complicaties:afgezien van het afstandsverschil, de massa van het voorgrondstelsel oefent ook een vertragend effect uit, afhankelijk van de exacte massaverdeling. "Je moet die verdeling modelleren, maar er zijn nog veel onbekenden, ", zegt Harvey. Onzekerheden als deze beperken de nauwkeurigheid van deze techniek.

De hele lucht in beeld

Dit zou kunnen veranderen wanneer in 2021 een nieuwe telescoop in Chili het eerste licht ziet. Het Vera Rubin Observatorium is erop gericht om elke paar nachten de hele hemel in beeld te brengen. en zal naar verwachting duizenden dubbele quasars afbeelden, biedt een kans om de Hubble-constante nog verder te verfijnen.

Harvey zegt, "Het probleem is dat het rekenkundig onmogelijk is om al die voorgrondstelsels afzonderlijk te modelleren." Dus in plaats daarvan, Harvey ontwierp een methode om het gemiddelde effect van een volledige verdeling van maximaal 1 te berekenen. 000 lenzen.

"In dat geval, individuele eigenaardigheden van de zwaartekrachtlenzen zijn niet zo belangrijk, en je hoeft niet voor alle lenzen simulaties te doen. Je moet er alleen voor zorgen dat je de hele populatie modelleert, ' zegt Harve.

"In de krant, Ik laat zien dat met deze aanpak, de fout in de constante drempels van Hubble op 2% wanneer je duizenden quasars nadert."

Deze foutenmarge zal een zinvolle vergelijking mogelijk maken tussen de verschillende Hubble constante kandidaten, en kan helpen bij het begrijpen van de discrepantie. "En als je onder de 2% wilt gaan, je moet je model verbeteren door betere simulaties te doen. Mijn gok is dat dit mogelijk zou zijn."