Nieuwe pogingen om erachter te komen hoe snel het universum is uitgebreid sinds de oerknal, een snelheid die bekend staat als de Hubble-constante, zou de huidige natuurkundetheorieën op zijn kop kunnen zetten, volgens sommige wetenschappers.

Professor Grzegorz Pietrzyński van het Nicolaus Copernicus Astronomisch Centrum van de Poolse Academie van Wetenschappen in Warschau is een wetenschapper die probeert de Hubble-constante af te leiden door de berekening van bijna onmogelijk verre afstanden te verbeteren.

Het idee is dat door te meten hoe ver objecten zich op verschillende tijdstippen bevinden, wetenschappers kunnen bepalen hoe snel ze van ons weg bewegen, en daarmee de uitdijingssnelheid van het heelal. Proberen om zulke grote afstanden nauwkeurig te meten, echter, is geen gemakkelijke taak.

De metingen van prof. Pietrzyński vallen in het bereik van kiloparsecs, gelijk aan ongeveer 3, 262 lichtjaar of 30 biljard kilometer. En dat is nog maar de eerste stap.

"Mijn doel is om geometrische afstanden tot nabije sterrenstelsels te meten om Cepheïden te kalibreren, " zei prof. Pietrzyński, verwijzend naar zijn project CepBin.

Cepheïden zijn een soort veranderlijke ster die pulseert in helderheid, of helderheid, over een consistente periode. Wetenschappers gebruiken ze om afstanden tot de aarde te schatten in het bereik van 100 megaparsecs (een miljard biljoen kilometer).

Dat is nog maar een fractie van het waarneembare heelal, dat zou rond de 28 kunnen zijn, 000 megaparsecs in diameter volgens het boek Extra dimensies in ruimte en tijd .

"Via Cepheïden kunnen we (de afstand tot) supernova's (explosie van sterren) kalibreren. Via supernova's kunnen we zeer verre plaatsen in het universum bereiken en op basis van de supernova's kunnen we de Hubble-constante berekenen, " hij zei.

Kleine fouten

Het probleem is dat met zoveel links, kleine fouten kunnen een groot verschil maken in de eindberekening. Verschillende ruimtevaartuigen en technieken hebben verschillende Hubble-constanten gemeten.

"Met behulp van de klassieke methode (met Cepheïden en supernovae) hebben we een significant hogere Hubble-constante vergeleken met de meting van de Planck-missie, " zei prof. Pietrzyński, verwijzend naar het ruimteobservatorium dat van 2009 tot 2013 liep en de snelheid van kosmische achtergrondstraling meet.

Dit is van belang omdat het zou kunnen betekenen dat de huidige theorieën over de fysica onjuist zijn.

"Als dit waar is, het betekent dat we de hele natuurkunde moeten veranderen, " hij zei.

Om de onzekerheid te verminderen, Prof. Pietrzyński werkt aan het verfijnen van de afstandsmeting tot het nabije sterrenstelsel dat bekend staat als de Grote Magelhaense Wolk door te kijken naar dubbelsterren die elkaar verduisteren. De resultaten zijn veelbelovend. Met behulp van een golfmeting die interferometrie wordt genoemd, onderzoekers kunnen de hoekdiameter van de sterren kalibreren, die afstand onthullen in combinatie met lineaire diameters.

uiteindelijk, nauwkeurigere metingen zouden de juiste waarde van de Hubble-constante vaststellen - of onthullen of deze in de loop van de tijd heeft gefluctueerd.

"We kunnen nagaan hoe de uitdijing van het heelal evolueerde. We weten dat de uitdijing minstens twee keer versnelde, " zei Prof. Pietrzyński. Hij verwees zowel naar de oerknal als naar de Nobelprijswinnende bevinding dat het universum zich momenteel in een fase van versnelde expansie bevindt, waarvan wordt aangenomen dat het wordt veroorzaakt door een mysterieuze kracht die donkere energie wordt genoemd.

Supernova's

Cepheïden alleen zijn niet voldoende om de enorme afstanden te onderscheiden die nodig zijn om als maatstaf voor het universum te fungeren. Daarom, kosmologen gebruiken een klasse exploderende ster genaamd Type Ia supernovae.

Aangezien er geen supernova's in onze melkweg zijn, onderzoekers gebruiken relatief nabije Cepheïden als eerste been bij het schatten van de afstand tot het kleine aantal waargenomen supernova's.

"Cepheiden zijn zoiets als 10, 000 keer zwakker dan de supernova's, dus de afstandsbrug die je hebt van Cepheïden en supernovae is erg klein, " zei Dr. Mickael Rigault van het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek.

Dr. Rigault werkt aan het verbeteren van de nauwkeurigheid van supernova-metingen.

"Het probleem is dat de Type Ia-supernova's niet altijd precies hetzelfde zijn. Ze kunnen intrinsiek verschillend zijn, en we weten niet precies het mechanisme van hoe ze exploderen, " hij zei.

een kwestie, bijvoorbeeld, is dat hun licht de ruimte kan doorkruisen en op verschillende manieren kan worden geabsorbeerd.

"We moeten ervoor zorgen dat we een manier vinden om ervoor te zorgen dat de helderheid van de supernova's die we gebruiken altijd hetzelfde is, " hij zei.

Dit behandelen, hij en zijn team van USNAC-projectonderzoekers hebben de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop gebruikt om supernova-gaststelsels te onderzoeken met ultraviolette beelden. Door dit te doen, ze kunnen meten hoeveel stof er nog in de gezichtslijn van de supernova is en meten hoe dergelijk stof de helderheid van de supernova kan veranderen.

Nauwkeurigere metingen van supernova's, bovenop nauwkeurigere Cepheïden-metingen, zou ook meer kunnen onthullen over de geschiedenis van het heelal, inclusief de rol van donkere energie.

Dit komt omdat licht afkomstig van verre supernova's er zo lang over doet om naar de aarde te reizen dat tegen de tijd dat het hier aankomt, we feitelijk getuige zijn van gebeurtenissen die miljarden jaren geleden plaatsvonden.

"De supernova's, omdat ze zo helder zijn ... veel dieper kunnen gaan (en veel verder teruggaan in afstand en tijd) ... ongeveer de helft van de leeftijd van het universum, ' zei dokter Rigault.

Echter, zelfs als er rekening wordt gehouden met het stof, nog enkele onzekerheden. Bijvoorbeeld, Dr. Rigault zegt, het is moeilijk om te weten of de eigenschappen van de ster die explodeert in een supernova invloed hebben op hoe helder hij lijkt. De samenstelling kan ook in de loop van de tijd veranderen. "Als hier geen rekening mee wordt gehouden, vertekent het hoe we donkere energie meten, " hij zei.

Berekeningen van donkere energie kunnen schattingen van de kosmologische constante beïnvloeden, een getal voorgesteld door Einstein om de hoeveelheid energie in de ruimte zelf te meten.

"We weten dat het niet dramatisch verkeerd is, maar we bereikten het moment waarop kleine details ertoe doen. Veel moeite voor een klein getal, maar dit aantal verandert de hele manier waarop we het universum zien, ' zei dokter Rigault.

Quasar-lenzen

Een andere manier om afstandsberekeningen van Cepheïden en supernova's uit te dagen, is door ze te vergelijken met alternatieve methoden. Dat is wat Professor Frédéric Courbin van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne in Zwitserland en Dr. Dominique Sluse aan de Universiteit van Luik, België, doen met hun project COSMICLENS.

Ze gebruiken licht van quasars dat door de zwaartekracht is vervormd door de sterrenstelsels die tussen de quasars en de aarde liggen. Quasars zijn extreem verre en actieve sterrenstelsels die duizenden keren helderder zijn dan onze Melkweg.

De lichtstralen volgen verschillende paden rond de objecten, waardoor ze op verschillende tijdstippen op aarde aankomen.

"Het tijdsverschil, of vertraging, is direct gekoppeld aan de Hubble-constante, " zei prof. Courbin.

Zijn team gebruikt regelmatig telescopen zoals de European Extremely Large Telescope in Chili of de Hubble Space Telescope om de quasars maandenlang te observeren. Ze zetten de gemeten vertragingen om in kosmologische parameters.

"Onze methode laat een waarde zien die overeenkomt met de supernova-schattingen, " zei prof. Courbin, daaraan toevoegend, zoals de bevindingen van prof. Pietrzyński, het is het niet eens met de waarde die de Planck-satelliet heeft gevonden. "Het doel is om het geheel op een stevige ondergrond te zetten."

Deze discrepantie, hij zei, 'betekent dat we de kosmologische puzzel niet volledig begrijpen of dat astrofysici nog onbekende bronnen van fouten hebben in de metingen van de Hubble-constante.'