Astronomen die NASA's Hubble-ruimtetelescoop gebruiken, hebben voor het eerst nauwkeurig de afstand gemeten tot een van de oudste objecten in het universum, een verzameling sterren die kort na de oerknal zijn geboren.

Deze nieuwe, verfijnde afstandsmaatstaf geeft een onafhankelijke schatting voor de leeftijd van het heelal. De nieuwe meting zal astronomen ook helpen modellen van stellaire evolutie te verbeteren. Sterrenhopen zijn het belangrijkste ingrediënt in stellaire modellen omdat de sterren in elke groep op dezelfde afstand staan, dezelfde leeftijd hebben, en hebben dezelfde chemische samenstelling. Ze vormen daarom een ​​enkele stellaire populatie om te bestuderen.

Deze stellaire vergadering, een bolvormige sterrenhoop genaamd NGC 6397, is een van de clusters die het dichtst bij de aarde staan. De nieuwe meting stelt de afstand van het cluster in op 7, 800 lichtjaar verwijderd, met een foutenmarge van slechts 3 procent.

Tot nu, astronomen hebben de afstanden tot de bolvormige sterrenhopen van onze melkweg geschat door de lichtsterkte en kleuren van sterren te vergelijken met theoretische modellen, en aan de lichtsterkten en kleuren van soortgelijke sterren in de zonneomgeving. Maar de nauwkeurigheid van deze schattingen varieert, met onzekerheden die schommelen tussen 10 en 20 procent.

Echter, de nieuwe meting maakt gebruik van eenvoudige trigonometrie, dezelfde methode gebruikt door landmeters, en zo oud als de oude Griekse wetenschap. Met behulp van een nieuwe observatietechniek om buitengewoon kleine hoeken aan de hemel te meten, astronomen slaagden erin om Hubble's maatstaf buiten de schijf van ons Melkwegstelsel te rekken.

Het onderzoeksteam berekende de leeftijd van NGC 6397 op 13,4 miljard jaar oud. "De bolvormige sterrenhopen zijn zo oud dat als hun leeftijden en afstanden afgeleid van modellen een klein beetje afwijken, ze lijken ouder te zijn dan de leeftijd van het heelal, " zei Tom Brown van het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, leider van de Hubble-studie.

Nauwkeurige afstanden tot bolhopen worden gebruikt als referentie in stellaire modellen om de kenmerken van jonge en oude sterrenpopulaties te bestuderen. "Elk model dat overeenkomt met de metingen, geeft je meer vertrouwen om dat model toe te passen op verder weg gelegen sterren, Brown zei. "De nabije sterrenhopen dienen als ankers voor de stellaire modellen. Tot nu, we hadden alleen nauwkeurige afstanden tot de veel jongere open clusters in onze melkweg omdat ze dichter bij de aarde staan."

Daarentegen, ongeveer 150 bolvormige sterrenhopen cirkelen buiten de relatief jongere sterrenschijf van ons melkwegstelsel. Deze bolvormige, dicht opeengepakte zwermen van honderdduizenden sterren zijn de eerste homesteaders van de Melkweg.

De Hubble-astronomen gebruikten trigonometrische parallax om de afstand van de cluster te bepalen. Deze techniek meet de kleine, schijnbare verschuiving van de positie van een object als gevolg van een verandering in het gezichtspunt van een waarnemer. Hubble mat de schijnbare kleine wiebeling van de clustersterren als gevolg van de beweging van de aarde rond de zon.

Om de exacte afstand tot NGC 6397 te verkrijgen, Het team van Brown gebruikte een slimme methode ontwikkeld door astronomen Adam Riess, een Nobelprijswinnaar, en Stefano Casertano van de STScI en de Johns Hopkins University, ook in Baltimore, om nauwkeurig afstanden te meten tot pulserende sterren die Cepheïdenvariabelen worden genoemd. Deze pulserende sterren dienen als betrouwbare afstandsmarkeringen voor astronomen om een ​​nauwkeurige uitdijingssnelheid van het heelal te berekenen.

Met deze techniek, genaamd "ruimtelijk scannen, " Hubble's Wide Field Camera 3 peilde de parallax van 40 NGC 6397 clustersterren, metingen elke 6 maanden gedurende 2 jaar. De onderzoekers combineerden de resultaten vervolgens om de precieze afstandsmeting te verkrijgen. "Omdat we naar een stel sterren kijken, we een betere meting kunnen krijgen dan alleen naar individuele Cepheïde veranderlijke sterren te kijken, " zei teamlid Casertano.

De kleine wiebeltjes van deze clustersterren waren slechts 1/100ste van een pixel op de camera van de telescoop, gemeten met een precisie van 1/3000ste van een pixel. Dit komt overeen met het meten van de maat van een autoband op de maan tot op één inch nauwkeurig.

De onderzoekers zeggen dat ze een nauwkeurigheid van 1 procent kunnen bereiken als ze de Hubble-afstandsmeting van NGC 6397 combineren met de aanstaande resultaten die zijn verkregen van het Gaia-ruimteobservatorium van de European Space Agency, die de posities en afstanden van sterren met ongekende precisie meet. De gegevensrelease voor de tweede reeks sterren in de enquête is eind april. "Als we een nauwkeurigheid van 1 procent halen, blijft deze afstandsmeting voor altijd vast, ' zei Bruin.