Astronomen hebben een nieuwe meting gedaan van hoe snel het heelal uitdijt, met behulp van een heel ander soort ster dan eerdere inspanningen. De herziene meting, die afkomstig is van NASA's Hubble-ruimtetelescoop, valt in het centrum van een fel bediscussieerde vraag in de astrofysica die kan leiden tot een nieuwe interpretatie van de fundamentele eigenschappen van het universum.

Wetenschappers weten al bijna een eeuw dat het heelal uitdijt, wat betekent dat de afstand tussen sterrenstelsels in het heelal elke seconde groter wordt. Maar hoe snel de ruimte zich precies uitrekt, een waarde die bekend staat als de Hubble-constante, hardnekkig ongrijpbaar is gebleven.

Nutsvoorzieningen, Professor Wendy Freedman van de Universiteit van Chicago en collega's hebben een nieuwe meting voor de uitdijingssnelheid in het moderne universum, wat suggereert dat de ruimte tussen sterrenstelsels sneller uitrekt dan wetenschappers zouden verwachten. Freedman's is een van de vele recente onderzoeken die wijzen op een zeurende discrepantie tussen moderne expansiemetingen en voorspellingen op basis van het universum zoals het meer dan 13 miljard jaar geleden was, zoals gemeten door de Planck-satelliet van de European Space Agency.

Naarmate meer onderzoek wijst op een discrepantie tussen voorspellingen en waarnemingen, wetenschappers overwegen of ze misschien met een nieuw model moeten komen voor de onderliggende fysica van het universum om het te verklaren.

"De Hubble-constante is de kosmologische parameter die de absolute schaal bepaalt, grootte en leeftijd van het universum; het is een van de meest directe manieren die we hebben om te kwantificeren hoe het universum evolueert, " zei Freedman. "De discrepantie die we eerder zagen is niet verdwenen, maar dit nieuwe bewijs suggereert dat de jury er nog steeds niet uit is of er een onmiddellijke en dwingende reden is om aan te nemen dat er iets fundamenteel fout is in ons huidige model van het universum."

In een nieuw artikel dat is geaccepteerd voor publicatie in Het astrofysische tijdschrift , Freedman en haar team kondigden een nieuwe meting aan van de Hubble-constante met behulp van een soort ster die bekend staat als een rode reus. Hun nieuwe waarnemingen, gemaakt met Hubble, geven aan dat de uitdijingssnelheid voor het nabije heelal iets minder dan 70 kilometer per seconde per megaparsec (km/sec/Mpc) is. Eén parsec komt overeen met een afstand van 3,26 lichtjaar.

Deze meting is iets kleiner dan de waarde van 74 km/sec/Mpc die onlangs is gerapporteerd door het Hubble SH0ES-team (Supernovae H0 for the Equation of State) met behulp van Cepheïden-variabelen, dat zijn sterren die pulseren met regelmatige tussenpozen die overeenkomen met hun piekhelderheid. Dit team, onder leiding van Adam Riess van de Johns Hopkins University en het Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, meldden onlangs dat ze hun waarnemingen tot op heden met de hoogste precisie hebben verfijnd voor hun Cepheid-afstandsmeettechniek.

Uitbreiding meten

Een centrale uitdaging bij het meten van de uitdijingssnelheid van het universum is dat het erg moeilijk is om afstanden tot verre objecten nauwkeurig te berekenen.

In 2001, Freedman leidde een team dat verre sterren gebruikte om een ​​historische meting van de Hubble-constante te maken. Het Hubble Space Telescope Key Project-team heeft de waarde gemeten met behulp van Cepheïden-variabelen als afstandsmarkeringen. Hun programma concludeerde dat de waarde van de Hubble-constante voor ons universum 72 km/sec/Mpc was.

Maar meer recentelijk wetenschappers pakten het heel anders aan:een model bouwen op basis van de golvende structuur van het licht dat overblijft na de oerknal, die de kosmische microgolfachtergrond wordt genoemd. De Planck-metingen stellen wetenschappers in staat te voorspellen hoe het vroege heelal waarschijnlijk zou zijn geëvolueerd tot de expansiesnelheid die astronomen vandaag kunnen meten. Wetenschappers berekenden een waarde van 67,4 km/sec/Mpc, in significante onenigheid met de snelheid van 74,0 km/sec/Mpc gemeten met Cepheïde-sterren.

Astronomen hebben gezocht naar iets dat de mismatch zou kunnen veroorzaken. "Van nature, vragen rijzen of de discrepantie afkomstig is van een aspect dat astronomen nog niet begrijpen over de sterren die we meten, of ons kosmologische model van het universum nog steeds onvolledig is, ' zei Freedman. 'Of misschien moeten beide worden verbeterd.'

Het team van Freedman probeerde hun resultaten te controleren door een nieuw en volledig onafhankelijk pad naar de Hubble-constante te bepalen met behulp van een geheel ander soort ster.

Bepaalde sterren eindigen hun leven als een zeer lichtgevende soort ster die een rode reus wordt genoemd, een evolutiestadium dat onze eigen zon over miljarden jaren zal doormaken. Op een bepaald moment, de ster een catastrofale gebeurtenis ondergaat die een heliumflits wordt genoemd, waarin de temperatuur stijgt tot ongeveer 100 miljoen graden en de structuur van de ster wordt herschikt, die uiteindelijk de helderheid drastisch vermindert. Astronomen kunnen de schijnbare helderheid van de rode reuzensterren in dit stadium in verschillende sterrenstelsels meten, en ze kunnen dit gebruiken als een manier om hun afstand te bepalen.

De Hubble-constante wordt berekend door afstandswaarden te vergelijken met de schijnbare recessiesnelheid van de doelsterrenstelsels, dat wil zeggen, hoe snel sterrenstelsels weg lijken te gaan. De berekeningen van het team geven een Hubble-constante van 69,8 km/sec/Mpc, die zich uitstrekt over de waarden die zijn afgeleid door de Planck- en Riess-teams.

"Onze eerste gedachte was dat als er een probleem moet worden opgelost tussen de Cepheïden en de kosmische microgolfachtergrond, dan kan de rode reuzenmethode de tie-breaker zijn, ' zei Vrijman.

Maar de resultaten lijken het ene antwoord niet sterk te prefereren boven het andere, zeggen de onderzoekers, hoewel ze nauwer aansluiten bij de Planck-resultaten.

NASA's aanstaande missie, de Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), gepland voor lancering in het midden van de jaren 2020, zal astronomen in staat stellen om de waarde van de Hubble-constante in de kosmische tijd beter te onderzoeken. EERSTE, met zijn Hubble-achtige resolutie en 100 keer groter zicht op de lucht, zal een schat aan nieuwe Type Ia-supernova's opleveren, Cepheïden variabelen, en rode reuzensterren om afstandsmetingen naar nabije en verre sterrenstelsels fundamenteel te verbeteren.

De Hubble Space Telescope is een project van internationale samenwerking tussen NASA en ESA (European Space Agency). NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, beheert de telescoop. Het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, voert Hubble wetenschappelijke operaties uit. STScI wordt voor NASA beheerd door de Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, gelijkstroom