Een team van astronomen die gebruik maken van de W.M. Keck Observatory heeft bewijs gevonden dat de uitdijing van het heelal in de vroege stadia van zijn bestaan ​​geleidelijker verliep dan ooit werd gedacht.

Met behulp van quasars, extreem heldere objecten aangedreven door superzware zwarte gaten, als kosmische wegwijzers, heeft de groep nauwkeurig gemeten hoe snel het universum 13 miljard jaar geleden uitdijde. Ze ontdekten dat het universum in dit vroege tijdperk ongeveer vijf keer langzamer was dan nu. Dit is de meest gedetailleerde blik tot nu toe op het universum toen het nog maar ongeveer 890 miljoen jaar oud was.

De uitdijingssnelheid, of de constante van Hubble, is een belangrijk ingrediënt voor het meten van de leeftijd en evolutie van het universum. Door nauwkeurige metingen van de Hubble-constante op verschillende tijdstippen uit te voeren, kunnen astronomen leren hoe de uitdijingssnelheid in de loop van de tijd is veranderd en de eigenschappen van het universum beperken, inclusief de hoeveelheid normale materie, donkere materie en donkere energie.

Het nieuwe resultaat bevestigt modellen gebaseerd op de heersende kosmologische theorie van het universum, bekend als het Lambda-model voor koude donkere materie, dat stelt dat ongeveer 70 procent van het universum uit donkere energie bestaat en 25 procent uit donkere materie, waarbij slechts ongeveer vijf procent uit normale materie bestaat. .

Het team werd geleid door Patrick Petitjean, hoogleraar astronomie en astrofysica aan de Ohio State University, Jeffrey Cooke, voormalig postdoctoraal onderzoeker uit Ohio State en huidige Enrico Fermi Fellow aan de Universiteit van Chicago, en Jean-Philippe Uzan, ESO-astronoom in Chili.

De bevindingen worden gepubliceerd in het nummer van 25 januari van het tijdschrift Science.

De onderzoekers observeerden twee zeer verre quasars achter enorme clusters van sterrenstelsels met de DEep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) van de Keck II-telescoop op Hawaï. De enorme zwaartekrachtvelden van de clusters van sterrenstelsels buigen en vergroten het licht van verre objecten achter hen, en gedragen zich als gigantische lenzen waarmee astronomen zwakkere, verder weg gelegen objecten kunnen zien.

Deze specifieke techniek, bekend als sterke zwaartekrachtlenzen, levert natuurlijke telescopen op die de achtergrondquasars vergroten, waardoor astronomen kleine verplaatsingen in het licht van de quasars kunnen meten die worden veroorzaakt door de uitdijing van het universum tussen de twee extreem verre objecten.

Dankzij de vergroting als gevolg van de zwaartekrachtlens konden astronomen lichtfluctuaties detecteren die zich gedurende zeer korte tijdsperioden voordeden, waardoor ze de uitdijingssnelheid van het heelal over slechts enkele tientallen miljoenen jaren effectief konden meten.

"Dit is momenteel de meest nauwkeurige meting van de uitdijingssnelheid van het heelal ooit gemaakt", zegt Cooke, hoofdauteur van het onderzoek nu aan de universiteit van Chicago. "We moesten quasars gebruiken die worden vergroot door zwaartekrachtlenzen om een ​​significant signaal te verkrijgen."

"Zwaartekrachtlenzen maken het mogelijk om quasars als linialen te gebruiken om de afstand te meten tussen twee punten in het universum die enkele miljarden jaren van elkaar gescheiden zijn", aldus Petitjean. "Deze kosmische heerser stelt ons in staat de uitdijingssnelheid van het universum nauwkeurig te meten, waardoor beperkingen worden opgelegd aan de meest mysterieuze componenten van het universum:donkere materie en donkere energie."

Hij voegde eraan toe dat ze geluk hebben dat er voorgrondclusters zijn tussen de quasars en ons, omdat deze zwaartekrachtvervorming het team in staat stelde de uitdijingssnelheid over een zeer vroege periode van het universum te meten.

Het team is van plan soortgelijke waarnemingen te blijven doen om nog preciezere metingen te kunnen doen van de manier waarop de uitdijing van het universum zich in de loop van de tijd heeft ontwikkeld. Deze waarnemingen zullen astronomen helpen modellen voor de evolutie van het universum verder te beperken en de aard te bepalen van de mysterieuze stoffen die een groot deel van de kosmos doordringen en toch onopgemerkt blijven door telescopen.