NASA's Hubble-ruimtetelescoop heeft een bijna 30-jarige marathon voltooid en heeft meer dan 40 "mijlpaalmarkeringen" van ruimte en tijd gekalibreerd om wetenschappers te helpen de uitdijingssnelheid van het universum nauwkeurig te meten - een zoektocht met een plotwending.

Het streven naar de uitdijingssnelheid van het heelal begon in de jaren 1920 met metingen door astronomen Edwin P. Hubble en Georges Lemaître. In 1998 leidde dit tot de ontdekking van 'donkere energie', een mysterieuze afstotende kracht die de uitdijing van het universum versnelt. De afgelopen jaren hebben astronomen dankzij gegevens van Hubble en andere telescopen een andere wending gevonden:een discrepantie tussen de uitdijingssnelheid zoals gemeten in het lokale heelal in vergelijking met onafhankelijke waarnemingen van vlak na de oerknal, die een andere uitdijingswaarde voorspellen.

De oorzaak van deze discrepantie blijft een mysterie. Maar Hubble-gegevens, die een verscheidenheid aan kosmische objecten omvatten die dienen als afstandsmarkeringen, ondersteunen het idee dat er iets vreemds aan de hand is, mogelijk met gloednieuwe fysica.

"Je krijgt de meest nauwkeurige maatstaf voor de uitdijingssnelheid van het universum van de gouden standaard van telescopen en kosmische mijlmarkeringen", zei Nobelprijswinnaar Adam Riess van het Space Telescope Science Institute (STScI) en de Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland .

Riess leidt een wetenschappelijke samenwerking die de uitdijingssnelheid van het universum onderzoekt, genaamd SHOES, wat staat voor Supernova, H0, voor de Equation of State of Dark Energy. "Dit is waar de Hubble-ruimtetelescoop voor is gebouwd, met behulp van de beste technieken die we kennen om dit te doen. Dit is waarschijnlijk Hubble's magnum opus, omdat het nog 30 jaar van Hubble's leven zou kosten om deze steekproefomvang zelfs te verdubbelen," zei Riess .

De paper van het team van Riess, wordt gepubliceerd in de Special Focus-uitgave van The Astrophysical Journal rapporten over het voltooien van de grootste en waarschijnlijk laatste grote update van de Hubble-constante. De nieuwe resultaten zijn meer dan het dubbele van het eerdere monster van kosmische afstandsmarkeringen. Zijn team heeft ook alle eerdere gegevens opnieuw geanalyseerd, waarbij de hele dataset nu meer dan 1.000 Hubble-banen bevat.

Toen NASA in de jaren zeventig een grote ruimtetelescoop bedacht, was een van de belangrijkste rechtvaardigingen voor de kosten en de buitengewone technische inspanning het kunnen oplossen van Cepheïden, sterren die periodiek helderder en zwakker worden en die in onze Melkweg en externe sterrenstelsels worden gezien. Cepheïden zijn lange tijd de gouden standaard geweest voor kosmische mijlmarkeringen sinds hun bruikbaarheid werd ontdekt door astronoom Henrietta Swan Leavitt in 1912. Om veel grotere afstanden te berekenen, gebruiken astronomen exploderende sterren die Type Ia-supernova's worden genoemd.

Gecombineerd bouwden deze objecten een "kosmische afstandsladder" door het universum en zijn essentieel voor het meten van de uitdijingssnelheid van het universum, de Hubble-constante genoemd naar Edwin Hubble. Die waarde is van cruciaal belang voor het schatten van de leeftijd van het heelal en vormt een basistest voor ons begrip van het heelal.

Direct na de lancering van Hubble in 1990, werd de eerste reeks waarnemingen van Cepheïde-sterren om de Hubble-constante te verfijnen uitgevoerd door twee teams:het HST Key Project onder leiding van Wendy Freedman, Robert Kennicutt en Jeremy Mould, Marc Aaronson en een andere door Allan Sandage en medewerkers, die Cepheïden als mijlpalen gebruikten om de afstandsmeting tot nabije sterrenstelsels te verfijnen. In het begin van de jaren 2000 verklaarden de teams "missie geslaagd" door een nauwkeurigheid van 10 procent te bereiken voor de Hubble-constante, 72 plus of min 8 kilometer per seconde per megaparsec.

In 2005 en opnieuw in 2009 lanceerde de toevoeging van krachtige nieuwe camera's aan boord van de Hubble-telescoop "Generation 2" van het constante onderzoek van Hubble, terwijl teams erop uit waren om de waarde te verfijnen tot een nauwkeurigheid van slechts één procent. Dit werd ingehuldigd door het SHOES-programma. Verschillende teams van astronomen die Hubble gebruiken, waaronder SCHOENEN, zijn samengekomen op een Hubble-constante waarde van 73 plus of min 1 kilometer per seconde per megaparsec. Hoewel er andere benaderingen zijn gebruikt om de constante vraag van Hubble te onderzoeken, hebben verschillende teams waarden bedacht die dicht bij hetzelfde aantal liggen.

Het SHOES-team bestaat uit oude leiders Dr. Wenlong Yuan van Johns Hopkins University, Dr. Lucas Macri van Texas A&M University, Dr. Stefano Casertano van STScI en Dr. Dan Scolnic van Duke University. Het project was ontworpen om het universum te ondersteunen door de precisie van de Hubble-constante te evenaren die is afgeleid van het bestuderen van de kosmische microgolfachtergrondstraling die overblijft na het aanbreken van het universum.

"The Hubble constant is a very special number. It can be used to thread a needle from the past to the present for an end-to-end test of our understanding of the universe. This took a phenomenal amount of detailed work," said Dr. Licia Verde, a cosmologist at ICREA and the ICC-University of Barcelona, speaking about the SHOES team's work.

The team measured 42 of the supernova milepost markers with Hubble. Because they are seen exploding at a rate of about one per year, Hubble has, for all practical purposes, logged as many supernovae as possible for measuring the universe's expansion. Riess said, "We have a complete sample of all the supernovae accessible to the Hubble telescope seen in the last 40 years." Like the lyrics from the song "Kansas City," from the Broadway musical Oklahoma, Hubble has "gone about as fur as it c'n go!"

Weird Physics?

The expansion rate of the universe was predicted to be slower than what Hubble actually sees. By combining the Standard Cosmological Model of the Universe and measurements by the European Space Agency's Planck mission (which observed the relic cosmic microwave background from 13.8 billion years ago), astronomers predict a lower value for the Hubble constant:67.5 plus or minus 0.5 kilometers per second per megaparsec, compared to the SHOES team's estimate of 73.

Given the large Hubble sample size, there is only a one-in-a-million chance astronomers are wrong due to an unlucky draw, said Riess, a common threshold for taking a problem seriously in physics. This finding is untangling what was becoming a nice and tidy picture of the universe's dynamical evolution. Astronomers are at a loss for an explanation of the disconnect between the expansion rate of the local universe versus the primeval universe, but the answer might involve additional physics of the universe.

Such confounding findings have made life more exciting for cosmologists like Riess. Thirty years ago they started out to measure the Hubble constant to benchmark the universe, but now it has become something even more interesting. "Actually, I don't care what the expansion value is specifically, but I like to use it to learn about the universe," Riess added.

NASA's new Webb Space Telescope will extend on Hubble's work by showing these cosmic milepost markers at greater distances or sharper resolution than what Hubble can see. + Verder verkennen

Researchers question measurement of the Hubble constant by Nobel laureate Riess' team