Ons heelal breidt zich uit, maar onze twee belangrijkste manieren om te meten hoe snel deze uitbreiding plaatsvindt, hebben tot verschillende antwoorden geleid. Het afgelopen decennium is astrofysici verdelen zich geleidelijk in twee kampen:een die gelooft dat het verschil significant is, en een ander die denkt dat het te wijten kan zijn aan meetfouten.

Als blijkt dat fouten de mismatch veroorzaken, dat zou ons basismodel van hoe het universum werkt bevestigen. De andere mogelijkheid presenteert een draad die, wanneer getrokken, zou suggereren dat er een aantal fundamentele ontbrekende nieuwe fysica nodig is om het weer aan elkaar te hechten. Voor meerdere jaren, elk nieuw bewijsstuk van telescopen heeft het argument heen en weer geslingerd, wat aanleiding geeft tot wat de 'Hubble-spanning' wordt genoemd.

Wendy Freeman, een gerenommeerd astronoom en de John en Marion Sullivan University Professor in Astronomy and Astrophysics aan de Universiteit van Chicago, deed enkele van de oorspronkelijke metingen van de uitdijingssnelheid van het heelal die resulteerden in een hogere waarde van de Hubble-constante. Maar in een nieuw beoordelingsdocument dat is geaccepteerd voor de Astrofysisch tijdschrift , Freedman geeft een overzicht van de meest recente waarnemingen. Haar conclusie:de laatste waarnemingen beginnen het gat te dichten.

Dat is, er kan toch geen conflict zijn, en ons standaardmodel van het universum hoeft niet significant te worden gewijzigd.

De snelheid waarmee het heelal uitdijt, wordt de Hubble-constante genoemd, vernoemd naar UChicago aluin Edwin Hubble, SB 1910, doctoraat 1917, aan wie wordt toegeschreven dat hij de uitdijing van het heelal in 1929 heeft ontdekt. ​​Wetenschappers willen deze snelheid precies vaststellen, omdat de Hubble-constante is gekoppeld aan de leeftijd van het universum en hoe het zich in de loop van de tijd heeft ontwikkeld.

In het afgelopen decennium ontstond er een aanzienlijke rimpeling toen de resultaten van de twee belangrijkste meetmethoden uiteen begonnen te lopen. Maar wetenschappers debatteren nog steeds over de betekenis van de mismatch.

Een manier om de Hubble-constante te meten is door te kijken naar heel zwak licht dat is overgebleven van de oerknal, de kosmische microgolfachtergrond genoemd. Dit is zowel in de ruimte als op de grond gedaan met faciliteiten zoals de door UChicago geleide Zuidpooltelescoop. Wetenschappers kunnen deze waarnemingen invoeren in hun 'standaardmodel' van het vroege heelal en dit in de tijd vooruitzetten om te voorspellen wat de Hubble-constante vandaag zou moeten zijn; ze krijgen een antwoord van 67,4 kilometer per seconde per megaparsec.

De andere methode is om naar sterren en sterrenstelsels in het nabije heelal te kijken, en meet hun afstanden en hoe snel ze van ons weg bewegen. Freedman is al tientallen jaren een vooraanstaand expert op het gebied van deze methode; in 2001, haar team deed een van de historische metingen met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop om sterren met de naam Cepheïden in beeld te brengen. De waarde die ze vonden was 72. Freedman is in de jaren daarna doorgegaan met het meten van Cepheïden, elke keer meer telescoopgegevens bekijken; echter, in 2019, zij en haar collega's publiceerden een antwoord op basis van een geheel andere methode met behulp van sterren die rode reuzen worden genoemd. Het idee was om de Cepheïden te vergelijken met een onafhankelijke methode.

Rode reuzen zijn zeer grote en lichtgevende sterren die altijd dezelfde piekhelderheid bereiken voordat ze snel vervagen. Als wetenschappers de werkelijke, of intrinsiek, piekhelderheid van de rode reuzen, ze kunnen dan de afstanden tot hun gaststelsels meten, een essentieel maar moeilijk onderdeel van de vergelijking. De hamvraag is hoe nauwkeurig die metingen zijn.

De eerste versie van deze berekening in 2019 maakte gebruik van een enkele, zeer nabijgelegen melkwegstelsel om de helderheid van de rode reuzensterren te kalibreren. In de afgelopen twee jaar, Freedman en haar medewerkers hebben de cijfers voor verschillende sterrenstelsels en sterpopulaties uitgevoerd. "Er zijn nu vier onafhankelijke manieren om de helderheid van de rode reuzen te kalibreren, en ze komen overeen binnen 1% van elkaar, "zei Freedman. "Dat geeft voor ons aan dat dit een heel goede manier is om de afstand te meten."

"Ik wilde echt goed kijken naar zowel de Cepheïden als de rode reuzen. Ik ken hun sterke en zwakke punten goed, " zei Freedman. "Ik ben tot de conclusie gekomen dat we geen fundamentele nieuwe fysica nodig hebben om de verschillen in de lokale en verre expansiesnelheden te verklaren. De nieuwe gegevens van de rode reus laten zien dat ze consistent zijn."

University of Chicago afgestudeerde student Taylor Hoyt, die metingen heeft gedaan aan de rode reuzensterren in de ankerstelsels, toegevoegd, "We blijven de rode reuzentaksterren op verschillende manieren meten en testen, en ze blijven onze verwachtingen overtreffen."

De waarde van de Hubble-constante die Freedman's team van de rode reuzen krijgt is 69,8 km/s/Mpc - vrijwel hetzelfde als de waarde die is afgeleid van het kosmische achtergrondexperiment met microgolven. "Er is geen nieuwe natuurkunde nodig, ' zei Vrijman.

De berekeningen met Cepheïde-sterren geven nog steeds hogere getallen, maar volgens de analyse van Freedman, het verschil is misschien niet verontrustend. "De Cepheïde-sterren zijn altijd een beetje luidruchtiger geweest en een beetje ingewikkelder om volledig te begrijpen; het zijn jonge sterren in de actieve stervormingsgebieden van sterrenstelsels, en dat betekent dat dingen als stof of vervuiling van andere sterren je metingen kunnen verstoren, " ze legde uit.

Naar haar mening het conflict kan worden opgelost met betere gegevens.

Volgend jaar, wanneer de James Webb Space Telescope naar verwachting zal lanceren, wetenschappers zullen die nieuwe waarnemingen gaan verzamelen. Freedman en medewerkers hebben al tijd op de telescoop gekregen voor een grootschalig programma om meer metingen te doen van zowel Cepheïden als rode reuzensterren. "De Webb zal ons een hogere gevoeligheid en resolutie geven, en de gegevens worden echt beter, erg snel, " ze zei.

Maar ondertussen, ze wilde de bestaande gegevens eens goed bekijken, en wat ze ontdekte was dat veel ervan eigenlijk overeenkwam.

"Zo gaat de wetenschap te werk, " zei Freedman. "Je trapt tegen de banden om te zien of er iets leegloopt, en zo ver, geen lekke banden."

Sommige wetenschappers die hebben geworteld in een fundamentele mismatch, zullen misschien teleurgesteld zijn. Maar voor Freedman, beide antwoorden zijn opwindend.

"Er is nog wat ruimte voor nieuwe natuurkunde, maar zelfs als die er niet is, het zou aantonen dat het standaardmodel dat we hebben in principe correct is, wat ook een diepgaande conclusie is om te komen, ' zei ze. 'Dat is het interessante aan wetenschap:we weten de antwoorden niet van tevoren. We leren gaandeweg. Het is een heel spannende tijd om op het veld te staan."