Sinds de astronoom Edwin Hubble aantoonde dat de twee sterrenstelsels die verder van elkaar verwijderd zijn, hoe sneller ze van elkaar af bewegen, onderzoekers hebben de uitdijingssnelheid van het heelal (de Hubble-constante) en de geschiedenis van deze uitdijing gemeten. Onlangs, er is een nieuwe puzzel ontstaan, omdat er een discrepantie lijkt te zijn tussen metingen van deze uitdijing met behulp van straling in het vroege heelal en met behulp van nabije objecten. Onderzoekers van het Cosmic Dawn Center, aan het Niels Bohr Instituut, Universiteit van Kopenhagen, hebben nu bijgedragen aan dit debat door zich te concentreren op snelheidsmetingen. Het resultaat is gepubliceerd in Astrofysisch tijdschrift .

De onderzoekers van het Cosmic Dawn Center ontdekten dat de snelheidsmetingen die worden gebruikt om de uitdijingssnelheid van het universum te bepalen, mogelijk niet betrouwbaar zijn. Zoals vermeld in de publicatie, dit lost de discrepanties niet op, maar verwijst eerder naar een extra inconsistentie in de samenstelling van het universum.

De uitdijingssnelheid van het heelal meten

Momenteel, astronomen meten de uitdijing van het heelal met twee heel verschillende technieken. De ene is gebaseerd op het meten van de relatie tussen afstand en snelheid van nabije sterrenstelsels, terwijl de andere voortkomt uit het bestuderen van de achtergrondstraling van het zeer vroege heelal. Verrassend genoeg, deze twee benaderingen vinden momenteel verschillende expansiesnelheden. Als deze discrepantie echt is, een nieuwe en nogal dramatische herinterpretatie van de ontwikkeling van het universum zal het gevolg zijn. Echter, het is ook mogelijk dat het verschil in de Hubble-constante het gevolg is van onjuiste metingen. Het is moeilijk om afstanden in het heelal te meten, zoveel onderzoeken hebben zich gericht op het verbeteren en herijken van afstandsmetingen. Maar ondanks dit, in de afgelopen 4 jaar is het meningsverschil niet opgelost.

De snelheid van verre sterrenstelsels is gemakkelijk te meten - dat dachten we tenminste

In het recente wetenschappelijke artikel de onderzoekers van het Cosmic Dawn Center proberen nu licht te werpen op een gerelateerd probleem:het meten van snelheid. Afhankelijk van de snelheid waarmee een object op afstand van ons af beweegt, het licht verschuift naar rodere kleuren. Met deze zogenaamde roodverschuiving is het mogelijk om de snelheid te meten vanuit een spectrum van een afgelegen melkwegstelsel. In tegenstelling tot metingen van afstand, tot nu toe werd aangenomen dat snelheden relatief eenvoudig te meten waren.

Echter, toen de onderzoekers onlangs afstands- en snelheidsmetingen onderzochten van meer dan 1000 supernova's (exploderende sterren) die de afgelopen 25 jaar zijn verzameld, ze vonden een verrassende discrepantie in hun resultaten. Albert Sneep, Masterstudent aan het Niels Bohr Instituut legt uit:"We hebben altijd geloofd dat het meten van snelheden vrij eenvoudig en nauwkeurig was, maar het blijkt dat we eigenlijk met twee soorten roodverschuivingen te maken hebben."

De eerste soort, het meten van de snelheid waarmee het gaststelsel van ons weg beweegt, wordt als de meest betrouwbare beschouwd. Het andere type roodverschuiving meet in plaats daarvan de snelheid van materie die wordt uitgestoten door de exploderende ster in de melkweg. Of, preciezer, de materie van de supernova die naar ons toe beweegt met een paar procent van de lichtsnelheid (afbeelding 1). Na compensatie voor deze extra beweging kan de roodverschuiving - en snelheid - van het gaststelsel worden bepaald. Maar deze compensatie vereist een nauwkeurig model voor de explosie. De onderzoekers konden vaststellen dat de resultaten van deze twee verschillende technieken resulteren in twee verschillende expansiegeschiedenissen voor het universum, en dus ook twee verschillende composities.

Zijn dingen 'op een interessante manier kapot'?

Dus, betekent dit dat de metingen van het vroege heelal en nieuwere metingen uiteindelijk een kwestie zijn van onnauwkeurige snelheidsmetingen? Waarschijnlijk niet, zegt Bidisha Sen, een van de auteurs van het artikel. "Zelfs als we alleen de betrouwbaardere roodverschuivingen gebruiken, de supernovametingen blijven het niet alleen oneens zijn met de Hubble-constante gemeten vanaf het vroege universum - ze duiden ook op een meer algemene discrepantie met betrekking tot de samenstelling van het universum, " ze zegt.

Universitair hoofddocent aan het Niels Bohr Instituut Charles Steinhardt, is geïntrigeerd door deze nieuwe resultaten. "Als we eigenlijk te maken hebben met twee meningsverschillen, het betekent dat ons huidige model "op een interessante manier zou worden verbroken, "zegt hij. "Om twee problemen op te lossen, één over de samenstelling van het heelal en één over de uitdijingssnelheid van het heelal, er zijn nogal andere fysieke verklaringen nodig dan wanneer we slechts een enkele discrepantie in de expansiesnelheid willen verklaren."

Het wetenschappelijke werk gaat verder bij de Nordic Optical Telescope

Met de Nordic Optical Telescope op Gran Canaria verwerven de onderzoekers nu nieuwe roodverschuivingen van de gaststerrenstelsels. Als ze deze resultaten vergelijken met de op supernova gebaseerde roodverschuivingen, ze zullen kunnen zien of de twee technieken verschillend blijven. "We hebben geleerd dat deze gevoelige metingen nauwkeurige metingen van snelheid vereisen, en deze zullen haalbaar zijn met nieuwe waarnemingen, ’ legt Steinhardt uit.