De vraag hoe snel het heelal uitdijt, houdt astronomen al bijna een eeuw bezig. Verschillende onderzoeken komen steeds met verschillende antwoorden - waardoor sommige onderzoekers zich afvragen of ze een sleutelmechanisme over het hoofd hebben gezien in de machine die de kosmos aandrijft.

Nutsvoorzieningen, door een nieuwe manier te vinden om te meten hoe snel de kosmos uitdijt, een team onder leiding van UCLA-astronomen heeft een stap gezet in de richting van het oplossen van het debat. Het onderzoek van de groep is vandaag gepubliceerd in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

De kern van het geschil is de Hubble-constante, een getal dat afstanden relateert aan de roodverschuivingen van sterrenstelsels - de hoeveelheid licht die wordt uitgerekt terwijl het door het uitdijende universum naar de aarde reist. Schattingen voor de Hubble-constante variëren van ongeveer 67 tot 73 kilometer per seconde per megaparsec, wat betekent dat twee punten in de ruimte die 1 megaparsec van elkaar verwijderd zijn (het equivalent van 3,26 miljoen lichtjaar) van elkaar weg racen met een snelheid tussen 67 en 73 kilometer per seconde.

"De Hubble-constante verankert de fysieke schaal van het universum, " zei Simon Birrer, een UCLA-postdoctoraal wetenschapper en hoofdauteur van de studie. Zonder een precieze waarde voor de Hubble-constante, astronomen kunnen de afmetingen van afgelegen sterrenstelsels niet nauwkeurig bepalen, de leeftijd van het heelal of de expansiegeschiedenis van de kosmos.

De meeste methoden voor het afleiden van de Hubble-constante hebben twee ingrediënten:een afstand tot een lichtbron en de roodverschuiving van die lichtbron. Op zoek naar een lichtbron die niet was gebruikt in berekeningen van andere wetenschappers, Birrer en collega's wendden zich tot quasars, fonteinen van straling die worden aangedreven door gigantische zwarte gaten. En voor hun onderzoek de wetenschappers kozen een specifieke subset van quasars - die waarvan het licht is afgebogen door de zwaartekracht van een tussenliggend sterrenstelsel, die twee zij-aan-zij beelden van de quasar aan de hemel produceert.

Het licht van de twee afbeeldingen neemt verschillende routes naar de aarde. Wanneer de helderheid van de quasar fluctueert, de twee beelden flikkeren na elkaar, in plaats van tegelijkertijd. De vertraging in de tijd tussen die twee flikkeringen, samen met informatie over het zwaartekrachtveld van het bemoeizuchtige sterrenstelsel, kan worden gebruikt om de reis van het licht te volgen en de afstanden van de aarde tot zowel de quasar als het voorgrondstelsel af te leiden. Door de roodverschuiving van de quasar en het sterrenstelsel te kennen, konden de wetenschappers inschatten hoe snel het universum uitdijt.

Het UCLA-team, als onderdeel van de internationale H0liCOW-samenwerking, had eerder de techniek toegepast om quasars met vier afbeeldingen te bestuderen, waarin vier afbeeldingen van een quasar verschijnen rond een voorgrondstelsel. Maar viervoudige afbeeldingen komen lang niet zo vaak voor - er wordt aangenomen dat quasars met dubbele afbeeldingen ongeveer vijf keer zo overvloedig zijn als de viervoudige.

Om de techniek te demonstreren, het door de UCLA geleide team bestudeerde een quasar met dubbele afbeelding, bekend als SDSS J1206+4332; ze vertrouwden op gegevens van de Hubble-ruimtetelescoop, de Gemini en W.M. Keck-observatoria, en van de kosmologische monitoring van zwaartekrachtlenzen, of KOSMOGRAL, netwerk - een programma beheerd door de Zwitserse Ecole Polytechnique Federale de Lausanne dat gericht is op het bepalen van de Hubble-constante.

Tommaso Treu, een UCLA-hoogleraar natuurkunde en astronomie en senior auteur van het artikel, zei dat de onderzoekers gedurende meerdere jaren elke dag beelden van de quasar maakten om de tijdsvertraging tussen de beelden nauwkeurig te meten. Vervolgens, om de best mogelijke schatting van de Hubble-constante te krijgen, ze combineerden de gegevens die op die quasar waren verzameld met gegevens die eerder waren verzameld door hun H0liCOW-samenwerking op drie quasars met viervoudige afbeelding.

"Het mooie van deze meting is dat het zeer complementair is aan en onafhankelijk is van anderen, ' zei Treu.

Het door de UCLA geleide team kwam met een schatting voor de Hubble-constante van ongeveer 72,5 kilometer per seconde per megaparsec, een cijfer dat in lijn was met wat andere wetenschappers hadden vastgesteld in onderzoek waarbij afstanden tot supernova's - exploderende sterren in afgelegen sterrenstelsels - als de belangrijkste maatstaf werden gebruikt. Echter, beide schattingen zijn ongeveer 8 procent hoger dan een die vertrouwt op een zwakke gloed van over de hele hemel, de kosmische microgolfachtergrond, een relikwie uit 380, 000 jaar na de oerknal, toen licht voor het eerst vrij door de ruimte reisde.

"Als er een daadwerkelijk verschil is tussen die waarden, het betekent dat het universum een ​​beetje ingewikkelder is, ' zei Treu.

Anderzijds, Treu zei, het kan ook zijn dat één meting - of alle drie - verkeerd is.

De onderzoekers zijn nu op zoek naar meer quasars om de precisie van hun Hubble-constante meting te verbeteren. Treu zei dat een van de belangrijkste lessen van het nieuwe artikel is dat quasars met dubbele afbeelding wetenschappers veel meer bruikbare lichtbronnen bieden voor hun Hubble-constanteberekeningen. Voor nu, Hoewel, het door de UCLA geleide team richt zijn onderzoek op 40 quasars met viervoudige afbeelding, vanwege hun potentieel om nog meer nuttige informatie te verstrekken dan die met dubbele afbeelding.