Nieuwe analyse van Webb-gegevens meet de expansiesnelheid van het universum, vindt dat er mogelijk geen 'Hubble-spanning' is.

14 augustus 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

• gefactureerd
• vakgerichte publicatie
• betrouwbare bron
• nagekeken

door Louise Lerner, Universiteit van Chicago

We weten veel dingen over ons universum, maar astronomen zijn nog steeds in discussie over hoe snel het uitdijt. In feite zijn er in de afgelopen twee decennia twee belangrijke manieren om dit getal - bekend als de 'Hubble-constante' - te meten, die verschillende antwoorden hebben opgeleverd, wat sommigen doet afvragen of er iets ontbreekt in ons model van hoe het universum werkt.

Maar nieuwe metingen van de krachtige James Webb Space Telescope suggereren dat er toch geen conflict is, ook wel bekend als de 'Hubble-spanning'.

In een paper ingediend bij The Astrophysical Journal, momenteel beschikbaar op de arXiv preprint-server, hebben kosmoloog Wendy Freedman van de Universiteit van Chicago en haar collega's nieuwe gegevens geanalyseerd die zijn genomen door de krachtige James Webb Space Telescope van NASA. Ze maten de afstand tot 10 nabijgelegen sterrenstelsels en maten een nieuwe waarde voor de snelheid waarmee het universum zich op dit moment uitbreidt.

Hun meting, 70 kilometer per seconde per megaparsec, overlapt de andere belangrijke methode voor de Hubble-constante.

'Op basis van deze nieuwe JWST-gegevens en met behulp van drie onafhankelijke methoden vinden we geen sterk bewijs voor een Hubble-spanning,' zei Freedman, een gerenommeerde astronoom en de John and Marion Sullivan Universiteitsprofessor in Astronomie en Astrofysica aan de Universiteit van Chicago. 'Integendeel, het ziet ernaar uit dat ons standaard kosmologisch model om de evolutie van het universum te verklaren, standhoudt.'

We weten al sinds 1929 dat het universum over tijd uitdijt, toen UChicago-alumnus Edwin Hubble (SB 1910, Ph.D. 1917) metingen verrichtte van sterren die aangaven dat de verste sterrenstelsels zich sneller van de aarde verwijderen dan nabijgelegen sterrenstelsels. Maar het is verrassend moeilijk gebleken om het exacte aantal te achterhalen voor hoe snel het universum op dit moment uitdijt.

Dit aantal, bekend als de Hubble-constante, is essentieel voor het begrip van het verhaal van het universum. Het is een essentieel onderdeel van ons model van hoe het universum zich in de loop van de tijd ontwikkelt.

'Het bevestigen van de werkelijkheid van de Hubble-spanning zou aanzienlijke gevolgen hebben voor zowel de fundamentele fysica als de moderne kosmologie,' legde Freedman uit.

Gezien het belang en ook de moeilijkheid om deze metingen te verrichten, testen wetenschappers ze met verschillende methoden om ervoor te zorgen dat ze zo nauwkeurig mogelijk zijn.

Een belangrijke benadering omvat het bestuderen van het overblijvende licht na de nasleep van de oerknal, bekend als de kosmische achtergrondstraling. De huidige beste schatting van de Hubble-constante met deze methode, die zeer nauwkeurig is, is 67,4 kilometer per seconde per megaparsec.

De tweede belangrijke methode, waar Freedman in gespecialiseerd is, is het meten van de uitbreiding van sterrenstelsels in onze lokale kosmische buurt rechtstreeks, met behulp van sterren waarvan de helderheid bekend is. Net zoals autolichten zwakker lijken wanneer ze ver weg zijn, lijken de sterren steeds zwakker naarmate ze verder weg zijn. Het meten van de afstanden en de snelheid waarmee de sterrenstelsels zich van ons verwijderen, vertelt ons vervolgens hoe snel het universum uitdijt.

In het verleden gaven metingen met deze methode een hoger getal voor de Hubble-constante - dichter bij 74 kilometer per seconde per megaparsec.

Dit verschil is groot genoeg dat sommige wetenschappers speculeren dat er mogelijk iets belangrijks ontbreekt in ons standaardmodel van de evolutie van het universum. Bijvoorbeeld, aangezien de ene methode kijkt naar de vroegste dagen van het universum en de andere naar het huidige tijdperk, is het misschien zo dat er in de loop van de tijd iets groots is veranderd in het universum. Dit ogenschijnlijke verschil staat bekend als de 'Hubble-spanning'.

De James Webb Space Telescope of JWST biedt de mensheid een krachtig nieuw instrument om diep de ruimte in te kijken. Gelanceerd in 2021, heeft de opvolger van de Hubble-telescoop verbluffend scherpe beelden gemaakt, nieuwe aspecten van verre werelden onthuld en ongekende gegevens verzameld, waardoor nieuwe vensters op het universum zijn geopend.

Freedman en haar collega's hebben de telescoop gebruikt om metingen te verrichten aan tien nabijgelegen sterrenstelsels die een basis vormen voor het meten van de uitbreidingssnelheid van het universum.

Om hun resultaten te controleren, hebben ze drie onafhankelijke methoden gebruikt. De eerste methode gebruikt een type ster dat bekend staat als een Cepheïde variabele ster, die voorspelbaar varieert in helderheid na verloop van tijd. De tweede methode staat bekend als de 'Tip van de Reuzentak', en maakt gebruik van het feit dat laag-massa sterren een vast bovengrens aan hun helderheid bereiken.

De derde, en nieuwste, methode maakt gebruik van een type ster genaamd koolstofsterren, die consistente kleuren en helderheden hebben in het nabij-infrarood spectrum van licht. De nieuwe analyse is de eerste die tegelijkertijd alle drie methoden gebruikt, binnen dezelfde sterrenstelsels.

In elk geval lagen de waarden binnen de foutmarge voor de waarde die wordt gegeven door de methode van de kosmische achtergrondstraling van 67,4 kilometer per seconde per megaparsec.

'Goede overeenstemming krijgen van drie compleet verschillende soorten sterren, is voor ons een sterke indicatie dat we op de goede weg zijn,' aldus Freedman.

'Toekomstige waarnemingen met de JWST zullen essentieel zijn voor het bevestigen of weerleggen van de Hubble-spanning en het beoordelen van de implicaties voor de kosmologie,' aldus medeauteur van de studie Barry Madore van de Carnegie Institution for Science en bezoekend faculteit aan de Universiteit van Chicago.

Meer informatie: Wendy L. Freedman et al, Statusrapport over het Chicago-Carnegie Hubble Programma (CCHP): Drie Onafhankelijke Astrofysische Bepalingen van de Hubble Constante met behulp van de James Webb Space Telescope, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.06153

Tijdschriftinformatie: Astrofysisch Tijdschrift , arXiv

Geleverd door Universiteit van Chicago