Geen foutje van Hubble: James Webb bevestigt decennialang mysterie over uitdijing van het universum
Wat de Hubble ook al dacht, bevestigt zijn begaafdere broertje: uit waarnemingen van de James Webb-telescoop blijkt eveneens dat het heelal nu sneller uitdijt dan in zijn beginjaren. Het is dus geen foutje van de Hubble geweest. Het blijft echter wel een raadsel hoe dat kan.
Het wordt ook wel de Hubble-spanning genoemd: het heelal dijt op dit moment sneller uit dan wat astronomen verwachtten op basis van de beginomstandigheden van het universum en onze kennis van de evolutie ervan. Het was de Hubble die metingen deed van de afstanden tussen sterren en sterrenstelsels waardoor dit werd ontdekt.
“De discrepantie tussen de waargenomen uitdijingssnelheid van het universum en de voorspellingen van het standaardmodel maakt duidelijk dat ons begrip van het universum mogelijk onvolledig is. Nu twee grote telescopen van NASA elkaars bevindingen bevestigen, moeten we de Hubble Tension zeer serieus nemen”, zegt Nobelprijswinnaar en hoofdauteur Adam Riess, astronomie- en fysicaprofessor aan de Johns Hopkins University.
De uitdijing van het heelal
De uitdijing van het universum zorgt ervoor dat sterrenstelsels uit elkaar bewegen. En de snelheid waarmee dit gebeurt is proportioneel aan de afstand tussen de sterrenstelsels, zo schreven we eerder al. Als sterrenstelsel A bijvoorbeeld twee keer zo ver van de aarde staat als sterrenstelsel B, dan neemt de afstand tot onze planeet ook twee keer zo snel toe. Om te achterhalen hoe snel twee sterrenstelsels zich van elkaar verwijderen, is het dus essentieel om te weten wat de afstand tussen beide is. Deze afstand moet echter vermenigvuldigd worden met een constante factor. Deze factor staat bekend als de hubbleconstante.
De huidige studie bouwt voort op Riess’ Nobelprijswinnende ontdekking dat de uitdijing van het universum versnelt door een mysterieuze ‘donkere energie’ die zich uitstrekt in de immense ruimten tussen sterren en sterrenstelsels.
Webb en Hubble zijn het eens
Het team van de professor gebruikte de grootste steekproef van Webb-data, die tijdens de eerste twee jaar in de ruimte is verzameld, om de Hubble-meting van de uitdijingssnelheid van het universum te verifiëren, een waarde die bekendstaat als de hubbleconstante. Ze gebruikten drie verschillende methoden om afstanden te meten tot sterrenstelsels met supernova’s, gericht op afstanden die eerder door de Hubble-telescoop waren vastgesteld. De waarnemingen van Webb en Hubble kwamen sterk overeen. Het toont aan dat de metingen van de Hubble nauwkeurig zijn en dat de telescoop dus geen foutje heeft gemaakt.
Toch blijft de hubbleconstante een raadsel omdat metingen gebaseerd op telescoopwaarnemingen van het huidige universum hogere waarden opleveren dan de voorspellingen van het ‘standaardmodel van de kosmologie’, een breed geaccepteerd raamwerk van hoe het universum werkt.
Veel nauwkeurigere metingen
Het standaardmodel komt namelijk met een hubbleconstante van ongeveer 67-68 kilometer per seconde per megaparsec (3,26 miljoen lichtjaar). Metingen op basis van telescoopwaarnemingen komen meestal met een hogere waarde van 70 tot 76, met een gemiddelde van 73 km/s/Mpc. Een dergelijk verschil is te groot om eenvoudigweg te verklaren door meetfouten of technische problemen. En aangezien Webbs nieuwe gegevens fouten van de Hubble nu ook uitsluiten, moeten er dus andere onbekende factoren of lacunes zijn in onze kennis van de fysica, aldus het team van Riess.
De nieuwe studie omvatte ongeveer een derde van het oppervlak van Hubbles waarnemingen. De bekende afstand tot een sterrenstelsel genaamd NGC 4258 werd als referentiepunt gebruikt. De metingen van James Webb waren veel nauwkeuriger dan die van de Hubble. Er was slechts een verschil tussen metingen van minder dan 2 procent. Dat is veel minder dan de 8 tot 9 procent van de Hubble-spanningsdiscrepantie. Alle sterrenstelsels die door Webb werden waargenomen, samen met hun supernova’s, leverden een hubbleconstante op van 72,6 km/s/Mpc, vrijwel gelijk aan de waarde van 72,8 km/s/Mpc die de Hubble vond voor precies dezelfde sterrenstelsels.
Essentiële waarde
De hubbleconstante heeft verder geen invloed op het zonnestelsel, de aarde, of het dagelijks leven, maar onthult wel de evolutie van het universum op zeer grote schaal. Het is een sleutelwaarde die wetenschappers gebruiken om de structuur van het universum in kaart te brengen en het huidige stadium 13 tot 14 miljard jaar na de oerknal te begrijpen.
Het oplossen van de Hubble-spanning kan bovendien nieuwe inzichten opleveren in andere discrepanties met het standaardmodel die de afgelopen jaren aan het licht zijn gekomen, vertelt Marc Kamionkowski, een kosmoloog aan Johns Hopkins die hielp bij het berekenen van de hubbleconstante.
Exotische deeltjes
Het standaardmodel verklaart de evolutie van sterrenstelsels, kosmische achtergrondstraling van de oerknal, de overvloed aan chemische elementen in het universum, en veel andere belangrijke waarnemingen op basis van de bekende natuurwetten. Het verklaart echter niet volledig de aard van donkere materie en donkere energie, die naar schatting verantwoordelijk zijn voor 96 procent van de samenstelling en de versnelde uitdijing.
“Een mogelijke verklaring voor de Hubble-spanning kan zijn dat er iets ontbreekt in onze kennis van het vroege universum, zoals een nieuwe component van de vroege donkere energie, die het universum een onverwachte ‘duw’ gaf na de oerknal”, stelt Kamionkowski. “Maar er zijn ook andere ideeën, zoals vreemde eigenschappen van donkere materie, exotische deeltjes, veranderende elektronenmassa’s of primitieve magnetische velden.”
De nieuwe studie roept dus evenveel vragen op als hij beantwoordt, maar één ding is nu zeker: de Hubble-spanning was geen foutje van de beroemde telescoop.
Meer wetenschap? Lees de nieuwste artikelen op Scientias.nl .
Geen foutje van Hubble: James Webb bevestigt decennialang mysterie over uitdijing van het universum
Geen opmerkingen:
Een reactie posten