Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Webb- en Hubble-telescopen bevestigen de uitdijingssnelheid van het heelal, maar de puzzel blijft bestaan

NIRCam-velden bovenop gedigitaliseerde Sky Survey-kleurenafbeeldingen voor vier hosts (boven) en NIRCam RGB-afbeeldingen (F090W/F150W/F277W) die de posities van Cepheïden (cyaancirkels) tonen (onder). Het noorden is boven en het oosten is links. Credit:De Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1ddd

De snelheid waarmee het universum uitdijt, bekend als de constante van Hubble, is een van de fundamentele parameters voor het begrijpen van de evolutie en het uiteindelijke lot van de kosmos.



Er wordt echter een hardnekkig verschil gezien, de Hubble-spanning genaamd, tussen de waarde van de constante gemeten met een breed scala aan onafhankelijke afstandsindicatoren en de waarde ervan voorspeld op basis van de nagloed van de oerknal. De James Webb-ruimtetelescoop van NASA/ESA/CSA heeft bevestigd dat het scherpe oog van de Hubble-ruimtetelescoop de hele tijd gelijk had, waardoor alle twijfel over de metingen van Hubble werd weggenomen.

Een van de wetenschappelijke rechtvaardigingen voor de bouw van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA/ESA was het gebruik van zijn waarnemingsvermogen om een ​​exacte waarde te verkrijgen voor de uitdijingssnelheid van het universum. Vóór de lancering van Hubble in 1990 brachten waarnemingen met telescopen op de grond enorme onzekerheden met zich mee. Afhankelijk van de afgeleide waarden voor de uitdijingssnelheid zou het heelal ergens tussen de 10 en 20 miljard jaar oud kunnen zijn.

In de afgelopen 34 jaar heeft Hubble deze meting verkleind tot een nauwkeurigheid van minder dan één procent, waarbij het verschil werd opgesplitst in een leeftijdswaarde van 13,8 miljard jaar. Dit is bereikt door het verfijnen van de zogenaamde 'kosmische afstandsladder' door het meten van belangrijke mijlpaalmarkeringen die bekend staan ​​als Cepheid-variabele sterren.

De Hubble-waarde komt echter niet overeen met andere metingen die impliceren dat het universum na de oerknal sneller uitdijde. Deze waarnemingen zijn gedaan door de ESA Planck-satelliet die de kosmische microgolfachtergrondstraling in kaart heeft gebracht, een blauwdruk voor hoe het heelal qua structuur zou evolueren nadat het was afgekoeld na de oerknal.

De eenvoudige oplossing voor het dilemma zou zijn om te zeggen dat de waarnemingen van Hubble misschien verkeerd zijn, omdat er een of andere onnauwkeurigheid in de metingen van de maatstaven in de verre ruimte sluipt.

Toen kwam de James Webb-ruimtetelescoop, waarmee astronomen de resultaten van Hubble konden vergelijken. Webbs infraroodbeelden van Cepheids kwamen overeen met Hubble's optische lichtgegevens. Webb bevestigde dat het scherpe oog van de Hubble-telescoop de hele tijd gelijk had, waardoor alle twijfels over de metingen van Hubble werden weggenomen.

Het komt erop neer dat de zogenaamde Hubble-spanning tussen wat er in het nabije universum gebeurt en de uitdijing van het vroege universum een ​​zeurende puzzel blijft voor kosmologen. Er kan iets in het weefsel van de ruimte verweven zijn dat we nog niet begrijpen.

NGC 5468 – Cepheid-gaststelsel. Credit:NASA, ESA, CSA, STScI, A. Riess (JHU/STScI)

Vereist het oplossen van deze discrepantie nieuwe natuurkunde? Of is het een gevolg van meetfouten tussen de twee verschillende methoden die worden gebruikt om de uitdijingssnelheid van de ruimte te bepalen?

Hubble en Webb hebben nu hun krachten gebundeld om definitieve metingen te verrichten, wat het argument bevordert dat iets anders (niet meetfouten) de uitzettingssnelheid beïnvloedt.

‘Nu de meetfouten zijn uitgesloten, blijft de reële en opwindende mogelijkheid over dat we het universum verkeerd hebben begrepen’, zegt Adam Riess, natuurkundige aan de Johns Hopkins Universiteit in Baltimore. Riess heeft een Nobelprijs gekregen voor zijn mede-ontdekking van het feit dat de uitdijing van het universum versnelt, als gevolg van een mysterieus fenomeen dat nu donkere energie wordt genoemd.

Ter controle bevestigde een eerste Webb-waarneming in 2023 dat Hubble's metingen van het uitdijende heelal accuraat waren. In de hoop de Hubble-spanning te verlichten, speculeerden sommige wetenschappers echter dat onzichtbare fouten in de metingen groter zouden kunnen worden en zichtbaar zouden worden naarmate we dieper in het universum kijken. Met name stellaire crowding zou op systematische wijze de helderheidsmetingen van verder weg gelegen sterren kunnen beïnvloeden.

Het SH0ES-team (Supernova H0 for the Equation of State of Dark Energy), geleid door Riess, heeft met Webb aanvullende waarnemingen gedaan van objecten die kritische kosmische mijlpaalmarkeringen zijn, bekend als Cepheid-variabele sterren, die nu kunnen worden gecorreleerd met de Hubble-gegevens.

"We hebben nu het hele bereik van wat Hubble heeft waargenomen onderzocht en we kunnen met zeer grote zekerheid een meetfout als oorzaak van de Hubble-spanning uitsluiten", aldus Riess.

De eerste paar Webb-waarnemingen van het team in 2023 toonden succesvol aan dat Hubble op de goede weg was bij het stevig vaststellen van de betrouwbaarheid van de eerste sporten van de zogenaamde kosmische afstandsladder.

Astronomen gebruiken verschillende methoden om relatieve afstanden in het universum te meten, afhankelijk van het object dat wordt waargenomen. Gezamenlijk staan ​​deze technieken bekend als de kosmische afstandsladder; elke sport of meettechniek is voor kalibratie afhankelijk van de voorgaande stap.

Vergelijking van Hubble- en Webb-beelden van een veranderlijke ster Cepheid Credit:NASA, ESA, CSA, STScI, A. Riess (JHU/STScI)

Maar sommige astronomen suggereerden dat als de kosmische afstandsladder naar buiten beweegt langs de 'tweede sport', wankel zou kunnen worden als de Cepheid-metingen met de afstand minder nauwkeurig worden. Dergelijke onnauwkeurigheden kunnen optreden omdat het licht van een Cepheid zich zou kunnen vermengen met dat van een aangrenzende ster, een effect dat met de afstand nog duidelijker zou kunnen worden naarmate sterren zich aan de hemel samendringen en moeilijker van elkaar te onderscheiden worden.

De observationele uitdaging is dat eerdere Hubble-beelden van deze verder weg gelegen Cepheid-variabelen er steeds meer ineengedoken en overlappend uitzien met naburige sterren op steeds grotere afstanden tussen ons en hun gaststelsels, waardoor zorgvuldig rekening moet worden gehouden met dit effect. Tussenliggend stof compliceert de zekerheid van de metingen in zichtbaar licht verder. Webb snijdt door het stof en isoleert de Cepheïden op natuurlijke wijze van naburige sterren, omdat zijn zicht scherper is dan dat van Hubble op infrarode golflengten.

"De combinatie van Webb en Hubble geeft ons het beste van twee werelden. We merken dat de Hubble-metingen betrouwbaar blijven naarmate we verder klimmen op de kosmische afstandsladder", aldus Riess.

De nieuwe Webb-waarnemingen omvatten vijf gaststelsels van acht Type Ia-supernovae met in totaal 1000 Cepheïden en reiken tot het verste sterrenstelsel waar Cepheïden goed zijn gemeten:NGC 5468, op een afstand van 130 miljoen lichtjaar.

‘Dit omvat het volledige bereik waar we metingen hebben gedaan met Hubble. We zijn dus naar het einde van de tweede sport van de kosmische afstandsladder gegaan’, zegt co-auteur Gagandeep Anand van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, dat opereert de Webb- en Hubble-telescopen voor NASA.

Samen zetten Hubble en Webb's bevestiging van de Hubble-spanning andere observatoria op om het mysterie mogelijk op te lossen, waaronder NASA's aankomende Nancy Grace Roman Space Telescope en ESA's onlangs gelanceerde Euclid-missie.

Op dit moment is het alsof de door Hubble en Webb waargenomen afstandsladder een stevig ankerpunt heeft geplaatst op de ene kustlijn van een rivier, en de nagloed van de oerknal, waargenomen door Planck vanaf het begin van het universum, zich stevig aan de andere kant bevindt. . Hoe de uitdijing van het heelal veranderde in de miljarden jaren tussen deze twee eindpunten moet nog rechtstreeks worden waargenomen.

"We moeten uitzoeken of we iets missen over hoe we het begin van het universum en het heden met elkaar kunnen verbinden", zegt Riess.

Het onderzoek is gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters .

Meer informatie: Adam G. Riess et al, JWST Observations verwerpen niet-herkende crowding van Cepheid-fotometrie als verklaring voor de Hubble-spanning bij 8σ Confidence, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1ddd

Geleverd door European Space Agency




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wat is Tastile Stimulation?
  2. Deze dans wordt uitgevoerd:honderden mannelijke kikkersoorten veranderen van kleur rond de paringstijd
  3. Waarom is UV-licht schadelijk?
  4. Welk vierkant is groter? Honingbijen zien visuele illusies zoals mensen dat doen
  5. Franse regering verklaart de oorlog aan pesticiden
  6. Sint-jakobsschelpen hebben 200 ogen, die functioneren als een telescoop:studie
  7. Man of vrouw? Wetenschappers ontdekken het genetische mechanisme dat de geslachtsontwikkeling bij vlinders bepaalt
  8. Nieuwe ontdekking van een mechanisme dat de celdeling controleert
  9. Een gemakkelijke manier om het skelet te onthouden

Wetenschap