De volgende keer dat u een bosbessenmuffin (of chocoladeschilfers) eet, bedenk dan wat er met de bosbessen in het beslag gebeurde toen het werd gebakken. De bosbessen begonnen allemaal samengeperst, maar toen de muffin groter werd, begonnen ze van elkaar weg te bewegen. Als je op één bosbes zou kunnen zitten, zou je alle andere van je weg zien bewegen, maar hetzelfde geldt voor elke bosbes die je kiest. In die zin lijken sterrenstelsels veel op bosbessen.

Sinds de oerknal, het heelal is aan het uitdijen. Het vreemde feit is dat er geen enkele plaats is van waaruit het universum uitdijt, maar alle sterrenstelsels bewegen (gemiddeld) weg van alle andere. Vanuit ons perspectief in het Melkwegstelsel, het lijkt alsof de meeste sterrenstelsels van ons weg bewegen - alsof we het centrum zijn van ons muffin-achtige universum. Maar het zou er precies hetzelfde uitzien vanuit elk ander sterrenstelsel - alles beweegt weg van al het andere.

Om het nog verwarrender te maken, nieuwe waarnemingen suggereren dat de snelheid van deze uitdijing in het universum kan verschillen, afhankelijk van hoe ver je terugkijkt in de tijd. Deze nieuwe gegevens, gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift , geeft aan dat het misschien tijd is om ons begrip van de kosmos te herzien.

Hubble's uitdaging

Kosmologen karakteriseren de uitdijing van het universum in een eenvoudige wet die bekend staat als de wet van Hubble (vernoemd naar Edwin Hubble - hoewel in feite veel andere mensen de ontdekking van Hubble verhinderden). De wet van Hubble is de waarneming dat verder weg gelegen sterrenstelsels sneller weg bewegen. Dit betekent dat sterrenstelsels die dichtbij zijn in vergelijking relatief langzaam weg bewegen.

De relatie tussen de snelheid en de afstand van een melkwegstelsel wordt bepaald door "Hubble's Constant", dat is ongeveer 70 km per seconde per Mega Parsec (een lengte-eenheid in de astronomie). Wat dit betekent is dat een melkwegstelsel ongeveer 50 wint, 000 mijl per uur voor elke miljoen lichtjaren dat het van ons verwijderd is. In de tijd die je nodig hebt om deze zin te lezen, beweegt een melkwegstelsel op een afstand van een miljoen lichtjaar ongeveer 160 kilometer verder.

Deze uitdijing van het heelal, met nabije sterrenstelsels die langzamer weg bewegen dan verre sterrenstelsels, is wat je verwacht van een uniform uitdijende kosmos met donkere energie (een onzichtbare kracht die ervoor zorgt dat de uitdijing van het universum versnelt) en donkere materie (een onbekende en onzichtbare vorm van materie die vijf keer vaker voorkomt dan normale materie). Dit is wat je ook zou zien van bosbessen in een expanderende muffin.

De geschiedenis van de meting van Hubble's constante is beladen met moeilijkheden en onverwachte onthullingen. 1929, Hubble zelf dacht dat de waarde ongeveer 342 moest zijn, 000 mijl per uur per miljoen lichtjaar - ongeveer tien keer groter dan wat we nu meten. Precisiemetingen van Hubble's constante door de jaren heen hebben geleid tot de onbedoelde ontdekking van donkere energie. De zoektocht om meer te weten te komen over dit mysterieuze type energie, die 70% van de energie van het universum uitmaakt, heeft de lancering van 's werelds (momenteel) beste ruimtetelescoop geïnspireerd, vernoemd naar Hubble.

Kosmische showstopper

Nu lijkt het erop dat deze moeilijkheid voortduurt als gevolg van twee zeer nauwkeurige metingen die niet met elkaar overeenkomen. Net zoals kosmologische metingen zo nauwkeurig zijn geworden dat de waarde van de Hubble-constante voor eens en voor altijd bekend zou zijn, in plaats daarvan is ontdekt dat dingen niet logisch zijn. In plaats van één hebben we nu twee verbluffende resultaten.

Aan de ene kant hebben we de nieuwe zeer nauwkeurige metingen van de kosmische microgolfachtergrond - de nagloed van de oerknal - van de Planck-missie, die de Hubble-constante heeft gemeten op ongeveer 46, 200 mijl per uur per miljoen lichtjaar (of met behulp van de eenheden van kosmologen 67,4 km/s/Mpc).

Aan de andere kant hebben we nieuwe metingen van pulserende sterren in lokale sterrenstelsels, ook uiterst nauwkeurig, die de Hubble-constante heeft gemeten als 50, 400 mijl per uur per miljoen lichtjaar (of met behulp van kosmologen eenheden 73,4 km/s/Mpc). Deze zijn dichter bij ons in de tijd.

Beide metingen beweren dat hun resultaat correct en zeer nauwkeurig is. De onzekerheden van de metingen zijn slechts ongeveer 300 mijl per uur per miljoen lichtjaar, dus het lijkt echt alsof er een significant verschil in beweging is. Kosmologen verwijzen naar dit meningsverschil als "spanning" tussen de twee metingen - ze trekken beide statistisch de resultaten in verschillende richtingen, en er moet iets breken.

Nieuwe natuurkunde?

Dus wat gaat er knappen? Op dit moment is de jury uit. Het kan zijn dat ons kosmologische model niet klopt. Wat we zien, is dat het heelal dichtbij sneller uitdijt dan we zouden verwachten op basis van metingen op grotere afstand. De Cosmic Microwave Background metingen meten niet direct de lokale expansie, maar leiden dit liever af via een model - ons kosmologische model. Dit is enorm succesvol geweest in het voorspellen en beschrijven van veel waarnemingsgegevens in het universum.

Dus hoewel dit model fout kan zijn, niemand heeft een eenvoudig overtuigend model bedacht dat dit kan verklaren en, tegelijkertijd, al het andere dat we waarnemen uitleggen. We kunnen dit bijvoorbeeld proberen te verklaren met een nieuwe zwaartekrachttheorie, maar dan passen andere waarnemingen niet. Of we kunnen proberen het uit te leggen met een nieuwe theorie van donkere materie of donkere energie, maar dan passen verdere waarnemingen niet – enzovoort. Dus als de spanning te wijten is aan nieuwe fysica, het moet complex en onbekend zijn.

Een minder opwindende verklaring zou kunnen zijn dat er "onbekende onbekenden" zijn in de gegevens die worden veroorzaakt door systematische effecten, en dat een meer zorgvuldige analyse op een dag een subtiel effect kan onthullen dat over het hoofd is gezien. Of het kan gewoon een statistische toevalstreffer zijn, dat zal verdwijnen als er meer gegevens worden verzameld.

Het is momenteel onduidelijk welke combinatie van nieuwe fysica, systematische effecten of nieuwe gegevens zullen deze spanning oplossen, maar iets moet geven. Het uitdijende muffinbeeld van het universum werkt misschien niet meer, en kosmologen zijn in een race om een ​​"grote kosmische bake-off" te winnen om dit resultaat te verklaren. Als er nieuwe natuurkunde nodig is om deze nieuwe metingen te verklaren, dan zal het resultaat een verbluffende verandering zijn van ons beeld van de kosmos.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.